Internal structure of chlorosomes from brown-colored Chlorobium species and the role of carotenoids in their assembly

Chlorosomes are the main light harvesting complexes of green photosynthetic bacteria. Recently, a lamellar model was proposed for the arrangement of pigment aggregates in Chlorobium tepidum chlorosomes, which contain bacteriochlorophyll (BChl) c as the main pigment. Here we demonstrate that the lamellar organization is also found in chlorosomes from two brown-colored species (Chl. phaeovibrioides and Chl. phaeobacteroides) containing BChl e as the main pigment. This suggests that the lamellar model is universal among green sulfur bacteria. In contrast to green-colored Chl. tepidum, chlorosomes from the brown-colored species often contain domains of lamellar aggregates that may help them to survive in extremely low light conditions. We suggest that carotenoids are localized between the lamellar planes and drive lamellar assembly by augmenting hydrophobic interactions. A model for chlorosome assembly, which accounts for the role of carotenoids and secondary BChl homologs, is presented

Descripció de propietats moleculars i activitats biològiques emprant l'energia de repulsió electró-electró

En aquest treball es descriu l'ús de les mesures de semblança molecular quàntica (MSMQ) per a caracteritzar propietats i activitats biològiques moleculars, i definir descriptors emprables per a construir models QSAR i QSPR. L'estudi que es presenta consisteix en la continuació d'un treball recent, on es descrivien relacions entre el paràmetre log P i MSMQ, donant així una alternativa a aquest parimetre hidrofòbic empíric. L'actual contribució presenta una nova mesura, capaç d'estendre l'ús de les MSMQ, que consisteix en l'energia de repulsió electró-electró (Vee). Aquest valor, disponible normalment a partir de programari de química quàntica, considera la molècula com una sola entitat, i no cal recórrer a l'ús de contribucions de fragments. La metodologia s'ha aplicat a cinc tipus diferents de compostos on diferents propietats moleculars i activitats biològiques s'han correlacionat amb Vee com a únic descriptor molecular. En tots els casos estudiats, s'han obtingut correlacions satisfactòries.

Modificació de fibres de jute per l'elaboració de plàstics reforçats reciclables

El treball que s'ha dut a terme es centra en la recerca d'agents modificants per a fibres cel·lulòsiques capaços de reduir la polaritat de les funcions alcohol de la seva estructura per formació de funcions ester. Les fibres de jute se sotmeten a reacció en un sistema tancat provist d'atmòsfera de nitrogen a fi d'evitar reaccions laterals que no són del nostre interés.L'obtenció dels resultats perseguits està lligat a les condicions experimentals aplicades durant les reaccions. La influència de les diferents variables escollides facilitarà en major o menor grau la reacció entre les molècules d'agent d'acoblament i cel·lulosa vinculades. Una gran part de l'atenció es centrarà en l'estudi de l'etapa de modificació, sobretot en l'efectivitat dels reactius addicionats per la reacció amb els grups hidroxil. Un cop comparats els experiments realitzats tant amb clorur d'oleïl com amb anhídrid metacrílic, es conclou que la majoria de condicions provades permeten assolir valors de modificació prou significatius. L'excepció ve donada quan la temperatura utilitzada és de 20ºC, llavors les mateixes condicions que a una temperatura de 60ºC condueixen cap a resultats poc satisfactoris. La reactivitat per part dels dos agents d'acoblament utilitzats no ha estat la mateixa. Els resultats per condicions experimentals del mateix tipus han conduït cap a valors força diferents. Pel que fa a la determinació dels paràmetres òptims es conclou que les variables amb les que el grau de modificació millora considerablement són: una temperatura de 60ºC, 10% de catalitzador respecte la quantitat de clorur d'oleïl o anhídrid addicionada, relació OH reactiu estequiomètrica 1:1 i 40mL de solvent. Un cop modificada la fibra, se sotmet a reacció amb el monòmer estirè. Es comprova que el grau de polimerització segueix el valor de modificació prèviament obtingut, a menor quantitat de funcions alcohol lliures major interacció amb el monòmer estirè. Les propietats inicials de la fibra no es corresponen amb les obtingudes després del tractament, l'increment de la resistència a l'atac de microorganismes i a l'absorció d'humitat s'explica per una reducció de la presència de funcions alcohol polars i per la capa d'estirè polimeritzat per unió amb els dobles enllaços introduïts amb els agents d'acoblament. Pel que fa referència a les dues tècniques de caracterització més utilitzades, l'anàlisis elemental permet quantificar d'una manera precisa la reacció de la fibra amb els agents d'acoblament i la posterior reacció de la fibra modificada amb el monòmer estirè. La caracterització per espectroscopia d'infraroig permet comprovar qualitativament la reactivitat del clorur d'oleïl i qualitativament-quantitativament la de l'anhídrid metacrílic amb les funcions alcohol de la cel·lulosa present en les fibres de jute. Els pics més característics apareguts seran utilitzats per avaluar la reactivitat de la funció carbonílica del reactiu modificant amb l'estructura cel·lulòsica i del doble enllaç de la cel·lulosa modificada amb la matriu polimèrica.

Paper del nucli hidrofòbic principal de la RNasa A en el plegament i desplegament induïts per pressió i temperatura

Utilitzant temperatura i pressió com a agents desnaturalitzants s'ha explorat la contribució a l'estabilitat de diferents residus del principal nucli hidrofòbic de la RNasa A. Aquests resutats suggereixen que el principal nucli hidrofòbic d'aquest enzim, està fortament empaquetat i ha revelat l'existència de reordenacions en l'interior de la proteïna. El mètode dels valors , han permès estudiar el paper de les interaccions hidrofòbiques establertes pels residus del principal nucli hidrofòbic de la RNasa A en el seu estat de transició induït per pressió. En conjunt, aquests resultats suggereixen que l'estat de transició de la RNasa A, s'assemblaria a un glòbul col·lapsat amb una cadena estructurada però amb un debilitat nucli hidrofòbic. S'ha explorat també, el paisatge energètic del plegament/desplegament proteic de la variant Y115W de la RNasa A. L'estat de transició sembla interaccionar fortament amb la capa d'hidratació d'aquest estat, tal i com indiquen els resultats en presència de glicerol.

Noves aproximacions a la síntesi i caracterització de poliglicols al·lílics, polihidrosiloxans i surfactants copolimèrics. Avaluació d'aquests surfactants en formulacions de poliuretà

Els polímers són una sèrie de compostos que troben un ampli ventall d'aplicacions en la indústria actual. Un exemple són les espumes de poliuretà, estructures de tipus cel·lular obtingudes mitjançant la reacció química entre compostos de tipus isocianat i compostos de tipus poliol (polièters amb diferent nombre de grups hidroxil). És imprescindible l'ús d'additius d'estructura tensioactiva (surfactants de silicona) per estabilitzar el procés d'espumació i per proporcionar una estructura cel·lular ordenada i homogènia en mida i distribució. La síntesis i caracterització de les molècules precursores (polihidrosiloxans i polièters al·lílics), l'estudi de la reacció d'hidrosililació com a via d'obtenció dels diferents surfactants per reacció d'addició entre els polihidrosiloxans i els polièters al·lílics i la caracterització i avaluació en formulacions comercials de poliuretà dels surfactants sintetitzats han constituït els objectius del present treball. MEMÒRIA La Tesi Doctoral ha estat presentada seguint el següent esquema: CAPÍTOL I. INTRODUCCIÓ A LA QUÍMICA DEL POLIURETÀ. Es presenten els principis de la química del poliuretà, fent esment dels recents avenços en la síntesis i caracterització d'aquests compostos polimèrics, així com un apartat concret centrat en els surfactants de silicona. Es presenten les estructures habituals d'aquests compostos comercials i es detallen les reaccions de síntesi i les característiques físiques que aquests compostos proporcionen a les espumes de poliuretà. CAPÍTOL II. OBJECTIUS. 1.- Síntesis y caracterització d'una àmplia gamma de poliglicols al·lílics i de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, ambdós precursors d'estructures polimèriques de tipus surfactant. 2.- Estudi de la reacció d'hidrosililació com a via de formació d'enllaços Si-C no hidrolitzables, mitjançant la reacció d'addició entre els substrats al·lílics insaturats i els polisiloxans amb grups hidrur reactius. 3.- Caracterització de les estructures polimèriques de tipus surfactant sintetitzades i avaluació d'aquestes en formulacions de poliuretà, a fi de relacionar l'estructura química d'aquests oligómers amb els efectes físics que originen en l'espuma de poliuretà. CAPÍTOL III. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE SUBSTRATS AL·LÍLICS INSATURATS DE TIPUS POLIGLICOL. S'han caracteritzat per HPLC-UV una sèrie de polietilenglicols comercials. S'ha estudiat la reacció de derivatització al·lílica sobre els grups hidroxil dels polièters comercials (PEG, PPG i copolímers PEG-PPG) i s'han caracteritzat exhaustivament els productes sintetitzats (1H,13C-RMN, GC, GC-MS, FTIR, ESI-MS, HPLC-UV). S'ha iniciat un estudi de polimerització aniònica sobre nous epòxids amb un punt de diversitat molecular, sintetitzant-se i caracteritzant-se els corresponents nous polièters obtinguts. CAPÍTOL IV. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE POLIHIDROSILOXANS REACTIUS. S'estudia la síntesis de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, mitjançant la reacció de polimerització aniònica d'obertura d'anell ("AROP, anionic ring opening polimerization") i mitjançant la reacció de polimerització per equilibració catiònica. Es presenta una caracterització exhaustiva dels productes sintetitzats i es descriu la naturalesa de la microestructura polimèrica a partir de la distribució bivariant dels copolímers PDMS-co-PHMS (poli(dimetilsiloxà)-co-poli(hidrometilsiloxà)). CAPÍTOL V. ESTUDI SISTEMÀTIC DE LA REACCIÓ D'HIDROSILILACIÓ. S'ha estudiat la reacció d'hidrosililació amb la finalitat de sintetitzar estructures copolimèriques poliglicol-polisiloxà a partir de la reacció de polisiloxans hidrur reactius i polièters al·lílics. S'han provat diferents catalitzadors (Pt/C 5%, cat. de Speier i cat. de Karstedt), s'han sintetitzat diferents estructures tensoactives (lineals i ramificades) i s'ha modelitzat les diferents reaccions secundàries observades, per presentar un estudi mecanístic de la reacció d'hidrosililació aplicada a la síntesis de molècules d'elevat PM a partir de la reacció entre substrats al·lílics insaturats i polihidrosiloxans. CAPÍTOL VI. AVALUACIÓ DELS SURFACTANTS EN FORMULACIONS DE POLIURETÀ. S'ha estudiat la idoneïtat dels surfactants de silicona sintetitzats en diferents formulacions de poliuretà comercials. S'ha relacionat el comportament físic d'aquests surfactants en les espumes de poliuretà amb la seva estructura química a partir de l'anàlisi per microscòpia electrònica de rastreig. CAPÍTOL VII. CONCLUSIONS. S'han esposat les conclusions extretes de cada capítol.

Transport and distribution of lindane and simazine in a riverine environment: measurements in bed sediments and modelling

Aquatic sediments often remove hydrophobic contaminants from fresh waters. The subsequent distribution and concentration of contaminants in bed sediments determines their effect on benthic organisms and the risk of re-entry into the water and/or leaching to groundwater. This study examines the transport of simazine and lindane in aquatic bed sediments with the aim of understanding the processes that determine their depth distribution. Experiments in flume channels (water flow of 10 cm s(-1)) determined the persistence of the compounds in the absence of sediment with (a) de-ionised water and (b) a solution that had been in contact with river sediment. In further experiments with river bed sediments in light and dark conditions, measurements were made of the concentration of the compounds in the overlying water and the development of bacterial/algal biofilms and bioturbation activity. At the end of the experiments, concentrations in sediments and associated pore waters were determined in sections of the sediment at 1 mm resolution down to 5 mm and then at 10 mm resolution to 50 mm depth and these distributions analysed using a sorption-diffusion-degradation model. The fine resolution in the depth profile permitted the detection of a maximum in the concentration of the compounds in the pore water near the surface, whereas concentrations in the sediment increased to a maximum at the surface itself. Experimental distribution coefficients determined from the pore water and sediment concentrations indicated a gradient with depth that was partly explained by an increase in organic matter content and specific surface area of the solids near the interface. The modelling showed that degradation of lindane within the sediment was necessary to explain the concentration profiles, with the optimum agreement between the measured and theoretical profiles obtained with differential degradation in the oxic and anoxic zones. The compounds penetrated to a depth of 40-50 rum over a period of 42 days. (C) 2004 Society of Chemical Industry.

Effect of acyl chain length on transfection efficiency and toxicity of polyethylenimine

Polyethylenimine (PEI) is an efficient nonviral gene delivery vector because of its high buffering capacity and DNA condensation ability. In our study, the amino groups on the polymeric backbone were acylated using acetic or propionic anhydride to alter the protonation behaviour and the hydrophilic/hydrophobic balance of the polymer. The concentration of acylated primary amines was determined using trinitrobenzene sulphonic acid assay. Results showed that our modified polymers had lower buffering capacities in solutions compared to PEI. The polymers were complexed with plasmid encoding enhanced green fluorescent protein at three different ratios (1:1, 1:2 and 1:10 w/w DNA to polymer) to form polyplexes and their toxicities and transfection efficiencies were evaluated in HEK 293 cells. Acylation reduced the number of primary amines on the polymer and the surface charge, improving haemocompatibility and reducing cytotoxicity. The reduction in the concentration of amino groups helped to optimise DNA compaction and facilitated polyplex dissociation in the cell, which increased transfection efficiency of the modified polymers compared to the parent polymer. Polymers with buffering capacities greater than 50% and less than 80% relative to PEI, showed higher transfection efficiencies than PEI. The propionic anhydride modified polymers had appropriate interactions with DNA which provided both DNA compaction and polyplex dissociation. These systems interacted better with the cell membrane because of their slightly higher lipophilicity and formed polyplexes which were less cytotoxic than polyplexes of acetic anhydride modified polymers. Among the vectors tested, 1:0.3 mol/mol PEI:propionic anhydride in a 1:2 w/w DNA:polymer composition provided the best transfection system with improved transfection efficiency and reduced cytotoxicity.

Solvent Effects on the Formation of Nanoparticles and Multilayered Coatings Based on Hydrogen-Bonded Interpolymer Complexes of Poly(acrylic acid) with Homo- and Copolymers of N-Vinyl Pyrrolidone

The formation of hydrogen-bonded interpolymer complexes between poly(acrylic acid) and poly(N-vinyl pyrrolidone) as well as amphiphilic copolymers of N-vinyl pyrrolidone with vinyl propyl ether has been studied in aqueous and organic solutions. It was demonstrated that introduction of vinyl propyl ether units into the macromolecules of the nonionic polymer enhances their ability to form complexes in aqueous solutions due to more significant contribution of hydrophobic effects. The complexation was found to be a multistage process that involves the formation of primary polycomplex particles, which further aggregate to form spherical nanoparticles. Depending on the environmental factors (pH, solvent nature), these nanoparticles may either form stable colloidal solutions or undergo further aggregation, resulting in precipitation of interpolymer complexes. In organic solvents, the intensity of complex formation increases in the following order: methanol < ethanol < isopropanol < dioxane. The multilayered coatings were developed using layer-by-layer deposition of interpolymer complexes on glass surfaces. It was demonstrated that the solvent nature affects the efficiency of coating deposition.

Why is Chitosan Mucoadhesive?

Chitosan is a biocompatible and biodegradable amino polysaccharide, which is soluble in aqueous solutions at pH < 6.5. It has been widely used for developing drug delivery systems because of its excellent mucoadhesive properties. Although many studies report on chitosan being mucoadhesive, the nature of interactions between chitosan and mucin remains poorly defined. Here, we have examined the role of primary amino groups and the role of electrostatic attraction, hydrogen bonding, and hydrophobic effects on aggregation of gastric mucin in the presence of chitosan. Reducing the number of amino groups through their half acetylation results in expansion of chitosan’s pH-solubility window up to pH 7.4 but also reduces its capacity to aggregate mucin. We demonstrated that electrostatic attraction forces between chitosan and gastric mucin can be suppressed in the presence of 0.2 mol/L sodium chloride; however, this does not prevent the aggregation of mucin particles in the presence of this biopolymer. The presence of 8 mol/L urea or 10% v/v ethanol in solutions also affects mucin aggregation in the presence of chitosan, demonstrating the role of hydrogen bonding and hydrophobic effects, respectively, in mucoadhesion.

Temperature-responsive properties and drug solubilization capacity of amphiphilic copolymers based on N-vinylpyrrolidone and vinyl propyl ether

A series of amphiphilic copolymers were synthesized by free-radical copolymerization of N-vinylpyrrolidone (NVP) with vinyl propyl ether (VPE), and the structure of the copolymers was characterized by elemental analysis and gel permeation chromatography. The reactivity of VPE in copolymerization was found to be significantly lower than the reactivity of NVP, which resulted in a decrease of copolymers’ yields and molecular weights with higher content of VPE in the feed mixture. An investigation of the behavior of the copolymers in aqueous solutions at different temperatures by dynamic light scattering revealed the presence of lower critical solution temperature, which depending on the content of VPE ranged within 23−38 °C. Aqueous solutions of these copolymers were studied by fluorescent spectroscopy with pyrene as a polarity probe to reveal the formation of hydrophobic domains. The copolymers were found to be useful for enhancing the solubility of riboflavin in water.

Effect of growth time on the surface and adhesion properties of Lactobacillus rhamnosus GG

Aims: To investigate the changes in the surface properties of Lactobacillus rhamnosus GG during growth, and relate them with the ability of the Lactobacillus cells to adhere to Caco-2 cells. Methods and Results: Lactobacillus rhamnosus GG was grown in complex medium, and cell samples taken at four time points and freeze dried. Untreated and trypsin treated freeze dried samples were analysed for their composition using SDS-PAGE analysis and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), hydrophobicity and zeta potential, and for their ability to adhere to Caco-2 cells. The results suggested that in the case of early exponential phase samples (4 and 8 h), the net surface properties, i.e. hydrophobicity and charge, were determined to a large extent by anionic hydrophilic components, whereas in the case of stationary phase samples (13 and 26 h), hydrophobic proteins seemed to play the biggest role. Considerable differences were also observed between the ability of the different samples to adhere to Caco-2 cells; maximum adhesion was observed for the early stationary phase sample (13 h). The results suggested that the adhesion to Caco-2 cells was influenced by both proteins and non-proteinaceous compounds present on the surface of the Lactobacillus cells. Conclusion: The surface properties of Lact. rhamnosus GG changed during growth, which in return affected the ability of the Lactobacillus cells to adhere to Caco-2 cells. Significance and Impact of the Study: The levels of adhesion of Lactobacillus cells to Caco-2 cells were influenced by the growth time and reflected changes on the bacterial surface. This study provides critical information on the physicochemical factors that influence bacterial adhesion to intestinal cells.

Interaction of flavonoids with bovine serum albumin: a fluorescence quenching study

The interaction between four flavonoids (catechin, epicatechin, rutin and quercetin) and bovine serum albumin (BSA) was investigated using tryptophan fluorescence quenching. Quenching constants were determined using the Stern-Volmer equation to provide a measure of the binding affinity between the flavonoids and BSA. The binding affinity was found to be strongest for quercetin, and ranked in the order quercetin>rutin>epicatechin=catechin. The pH in the range of 5 to 7.4 does not affect significantly (p<0.05) the association of rutin, epicatechin and catechin with BSA, but quercetin exhibited a stronger affinity at pH 7.4 than at lower pH (p<0.05). Quercetin has a total quenching effect on BSA tryptophan fluorescence at a molar ratio of 10:1 and rutin at approximately 25:1. However, epicatechin and catechin did not fully quench tryptophan fluorescence over the concentration range studied. Furthermore, the data suggested that the association between flavonoids and BSA did not change molecular conformation of BSA and that hydrogen bonding, ionic and hydrophobic interaction are equally important driving forces for protein-flavonoid association.

Phylogeny, function, and evolution of the cupins, a structurally conserved, functionally diverse superfamily of proteins

The cupin superfamily is a group of functionally diverse proteins that are found in all three kingdoms of life, Archaea, Eubacteria, and Eukaryota. These proteins have a characteristic signature domain comprising two histidine- containing motifs separated by an intermotif region of variable length. This domain consists of six beta strands within a conserved beta barrel structure. Most cupins, such as microbial phosphomannose isomerases (PMIs), AraC- type transcriptional regulators, and cereal oxalate oxidases (OXOs), contain only a single domain, whereas others, such as seed storage proteins and oxalate decarboxylases (OXDCs), are bi-cupins with two pairs of motifs. Although some cupins have known functions and have been characterized at the biochemical level, the majority are known only from gene cloning or sequencing projects. In this study, phylogenetic analyses were conducted on the conserved domain to investigate the evolution and structure/function relationships of cupins, with an emphasis on single- domain plant germin-like proteins (GLPs). An unrooted phylogeny of cupins from a wide spectrum of evolutionary lineages identified three main clusters, microbial PMIs, OXDCs, and plant GLPs. The sister group to the plant GLPs in the global analysis was then used to root a phylogeny of all available plant GLPs. The resulting phylogeny contained three main clades, classifying the GLPs into distinct subfamilies. It is suggested that these subfamilies correlate with functional categories, one of which contains the bifunctional barley germin that has both OXO and superoxide dismutase (SOD) activity. It is proposed that GLPs function primarily as SODs, enzymes that protect plants from the effects of oxidative stress. Closer inspection of the DNA sequence encoding the intermotif region in plant GLPs showed global conservation of thymine in the second codon position, a character associated with hydrophobic residues. Since many of these proteins are multimeric and enzymatically inactive in their monomeric state, this conservation of hydrophobicity is thought to be associated with the need to maintain the various monomer- monomer interactions. The type of structure-based predictive analysis presented in this paper is an important approach for understanding gene function and evolution in an era when genomes from a wide range of organisms are being sequenced at a rapid rate.

Analysis of the SDS−Lysozyme binding isotherm

A scheme to describe SDS−lysozyme complex formation has been proposed on the basis of isothermal titration calorimetry (ITC) and FTIR spectroscopy data. ITC isotherms are convoluted and reveal a marked effect of both SDS and lysozyme concentration on the stoichiometry of the SDS−lysozyme complex. The binding isotherms have been described with the aid of FTIR spectroscopy in terms of changes in the lysozyme structure and the nature of the SDS binding. At low SDS concentrations, ITC isotherms feature an exothermic region that corresponds to specific electrostatic binding of SDS to positively charged amino acid residues on the lysozyme surface. This leads to charge neutralization of the complex and precipitation. The number of SDS molecules that bind specifically to lysozyme is approximately 8, as determined from our ITC isotherms, and is independent of lysozyme solution concentration. At high SDS concentrations, hydrophobic cooperative association dominates the binding process. Saturated binding stoichiometries as a molar ratio of SDS per molecule of lysozyme range from 220:1 to 80:1, depending on the lysozyme solution concentration. A limiting value of 78:1 has been calculated for lysozyme solution concentrations above 0.25 mM.

Mapping the landscape of the lymphocytic choriomeningitis virus stable signal peptide reveals novel functional domains

The stable signal peptide (SSP) of the lymphocytic choriomeningitis virus surface glycoprotein precursor has several unique characteristics. The SSP is unusually long, at 58 amino acids, and contains two hydrophobic domains, and its sequence is highly conserved among both Old and New World arenaviruses. To better understand the functions of the SSP, a panel of point and deletion mutants was created by in vitro mutagenesis to target the highly conserved elements within the SSP. We were also able to confirm critical residues required for separate SSP functions by trans-complementation. Using these approaches, it was possible to resolve functional domains of the SSP. In characterizing our SSP mutants, we discovered that the SSP is involved in several distinct functions within the viral life cycle, beyond translocation of the viral surface glycoprotein precursor into the endoplasmic reticulum lumen. The SSP is required for efficient glycoprotein expression, posttranslational maturation cleavage of GP1 and GP2 by SKI-1/S1P protease, glycoprotein transport to the cell surface plasma membrane, formation of infectious virus particles, and acid pH-dependent glycoprotein-mediated cell fusion.