Selection of Gβ Subunits with Point Mutations That Fail to Activate Specific Signaling Pathways In Vivo: Dissecting Cellular Responses Mediated by a Heterotrimeric G Protein in Dictyostelium discoideum

In Dictyostelium discoideum, a unique Gβ subunit is required for a G protein–coupled receptor system that mediates a variety of cellular responses. Binding of cAMP to cAR1, the receptor linked to the G protein G2, triggers a cascade of responses, including activation of adenylyl cyclase, gene induction, actin polymerization, and chemotaxis. Null mutations of the cAR1, Gα2, and Gβ genes completely impair all these responses. To dissect specificity in Gβγ signaling to downstream effectors in living cells, we screened a randomly mutagenized library of Gβ genes and isolated Gβ alleles that lacked the capacity to activate some effectors but retained the ability to regulate others. These mutant Gβ subunits were able to link cAR1 to G2, to support gene expression, and to mediate cAMP-induced actin polymerization, and some were able to mediate to chemotaxis toward cAMP. None was able to activate adenylyl cyclase, and some did not support chemotaxis. Thus, we separated in vivo functions of Gβγ by making point mutations on Gβ. Using the structure of the heterotrimeric G protein displayed in the computer program CHAIN, we examined the positions and the molecular interactions of the amino acids substituted in each of the mutant Gβs and analyzed the possible effects of each replacement. We identified several residues that are crucial for activation of the adenylyl cyclase. These residues formed an area that overlaps but is not identical to regions where bovine Gtβγ interacts with its regulators, Gα and phosducin.

Intron positions correlate with module boundaries in ancient proteins

We analyze the three-dimensional structure of proteins by a computer program that finds regions of sequence that contain module boundaries, defining a module as a segment of polypeptide chain bounded in space by a specific given distance. The program defines a set of “linker regions” that have the property that if an intron were to be placed into each linker region, the protein would be dissected into a set of modules all less than the specified diameter. We test a set of 32 proteins, all of ancient origin, and a corresponding set of 570 intron positions, to ask if there is a statistically significant excess of intron positions within the linker regions. For 28-Å modules, a standard size used historically, we find such an excess, with P < 0.003. This correlation is neither due to a compositional or sequence bias in the linker regions nor to a surface bias in intron positions. Furthermore, a subset of 20 introns, which can be putatively identified as old, lies even more explicitly within the linker regions, with P < 0.0003. Thus, there is a strong correlation between intron positions and three-dimensional structural elements of ancient proteins as expected by the introns-early approach. We then study a range of module diameters and show that, as the diameter varies, significant peaks of correlation appear for module diameters centered at 21.7, 27.6, and 32.9 Å. These preferred module diameters roughly correspond to predicted exon sizes of 15, 22, and 30 residues. Thus, there are significant correlations between introns, modules, and a quantized pattern of the lengths of polypeptide chains, which is the prediction of the “Exon Theory of Genes.”

GenEST, a powerful bidirectional link between cDNA sequence data and gene expression profiles generated by cDNA-AFLP

The release of vast quantities of DNA sequence data by large-scale genome and expressed sequence tag (EST) projects underlines the necessity for the development of efficient and inexpensive ways to link sequence databases with temporal and spatial expression profiles. Here we demonstrate the power of linking cDNA sequence data (including EST sequences) with transcript profiles revealed by cDNA-AFLP, a highly reproducible differential display method based on restriction enzyme digests and selective amplification under high stringency conditions. We have developed a computer program (GenEST) that predicts the sizes of virtual transcript-derived fragments (TDFs) of in silico-digested cDNA sequences retrieved from databases. The vast majority of the resulting virtual TDFs could be traced back among the thousands of TDFs displayed on cDNA-AFLP gels. Sequencing of the corresponding bands excised from cDNA-AFLP gels revealed no inconsistencies. As a consequence, cDNA sequence databases can be screened very efficiently to identify genes with relevant expression profiles. The other way round, it is possible to switch from cDNA-AFLP gels to sequences in the databases. Using the restriction enzyme recognition sites, the primer extensions and the estimated TDF size as identifiers, the DNA sequence(s) corresponding to a TDF with an interesting expression pattern can be identified. In this paper we show examples in both directions by analyzing the plant parasitic nematode Globodera rostochiensis. Various novel pathogenicity factors were identified by combining ESTs from the infective stage juveniles with expression profiles of ∼4000 genes in five developmental stages produced by cDNA-AFLP.

The evolution of coloration and toxicity in the poison frog family (Dendrobatidae)

The poison frogs (family Dendrobatidae) are terrestrial anuran amphibians displaying a wide range of coloration and toxicity. These frogs generally have been considered to be aposematic, but relatively little research has been carried out to test the predictions of this hypothesis. Here we use a comparative approach to test one prediction of the hypothesis of aposematism: that coloration will evolve in tandem with toxicity. Recently, we developed a phylogenetic hypothesis of the evolutionary relationships among representative species of poison frogs, using sequences from three regions of mitochondrial DNA. In our analysis, we use that DNA-based phylogeny and comparative analysis of independent contrasts to investigate the correlation between coloration and toxicity in the poison frog family (Dendrobatidae). Information on the toxicity of different species was obtained from the literature. Two different measures of the brightness and extent of coloration were used. (i) Twenty-four human observers were asked to rank different photos of each different species in the analysis in terms of contrast to a leaf-littered background. (ii) Color photos of each species were scanned into a computer and a computer program was used to obtain a measure of the contrast of the colors of each species relative to a leaf-littered background. Comparative analyses of the results were carried out with two different models of character evolution: gradual change, with branch lengths proportional to the amount of genetic change, and punctuational change, with all change being associated with speciation events. Comparative analysis using either method or model indicated a significant correlation between the evolution of toxicity and coloration across this family. These results are consistent with the hypothesis that coloration in this group is aposematic.

Highly specific protein sequence motifs for genome analysis

We present a method for discovering conserved sequence motifs from families of aligned protein sequences. The method has been implemented as a computer program called emotif (http://motif.stanford.edu/emotif). Given an aligned set of protein sequences, emotif generates a set of motifs with a wide range of specificities and sensitivities. emotif also can generate motifs that describe possible subfamilies of a protein superfamily. A disjunction of such motifs often can represent the entire superfamily with high specificity and sensitivity. We have used emotif to generate sets of motifs from all 7,000 protein alignments in the blocks and prints databases. The resulting database, called identify (http://motif.stanford.edu/identify), contains more than 50,000 motifs. For each alignment, the database contains several motifs having a probability of matching a false positive that range from 10−10 to 10−5. Highly specific motifs are well suited for searching entire proteomes, while generating very few false predictions. identify assigns biological functions to 25–30% of all proteins encoded by the Saccharomyces cerevisiae genome and by several bacterial genomes. In particular, identify assigned functions to 172 of proteins of unknown function in the yeast genome.

Computation of Surface Electrical Potentials of Plant Cell Membranes : Correspondence to Published Zeta Potentials from Diverse Plant Sources

A Gouy-Chapman-Stern model has been developed for the computation of surface electrical potential (ψ0) of plant cell membranes in response to ionic solutes. The present model is a modification of an earlier version developed to compute the sorption of ions by wheat (Triticum aestivum L. cv Scout 66) root plasma membranes. A single set of model parameters generates values for ψ0 that correlate highly with published ζ potentials of protoplasts and plasma membrane vesicles from diverse plant sources. The model assumes ion binding to a negatively charged site (R− = 0.3074 μmol m−2) and to a neutral site (P0 = 2.4 μmol m−2) according to the reactions R− + IΖ ⇌ RIΖ−1 and P0 + IΖ ⇌ PIΖ, where IΖ represents an ion of charge Ζ. Binding constants for the negative site are 21,500 m−1 for H+, 20,000 m−1 for Al3+, 2,200 m−1 for La3+, 30 m−1 for Ca2+ and Mg2+, and 1 m−1 for Na+ and K+. Binding constants for the neutral site are 1/180 the value for binding to the negative site. Ion activities at the membrane surface, computed on the basis of ψ0, appear to determine many aspects of plant-mineral interactions, including mineral nutrition and the induction and alleviation of mineral toxicities, according to previous and ongoing studies. A computer program with instructions for the computation of ψ0, ion binding, ion concentrations, and ion activities at membrane surfaces may be requested from the authors.

Estudo sistêmico da geração de conhecimento no IPEN

Com o escopo de fornecer subsídios para compreender como o processo de colaboração científica ocorre e se desenvolve em uma instituição de pesquisas, particularmente o IPEN, o trabalho utilizou duas abordagens metodológicas. A primeira utilizou a técnica de análise de redes sociais (ARS) para mapear as redes de colaboração científica em P&D do IPEN. Os dados utilizados na ARS foram extraídos da base de dados digitais de publicações técnico-científicas do IPEN, com o auxílio de um programa computacional, e basearam-se em coautoria compreendendo o período de 2001 a 2010. Esses dados foram agrupados em intervalos consecutivos de dois anos gerando cinco redes bienais. Essa primeira abordagem revelou várias características estruturais relacionadas às redes de colaboração, destacando-se os autores mais proeminentes, distribuição dos componentes, densidade, boundary spanners e aspectos relacionados à distância e agrupamento para definir um estado de redes mundo pequeno (small world). A segunda utilizou o método dos mínimos quadrados parciais, uma variante da técnica de modelagem por equações estruturais, para avaliar e testar um modelo conceitual, apoiado em fatores pessoais, sociais, culturais e circunstanciais, para identificar aqueles que melhor explicam a propensão de um autor do IPEN em estabelecer vínculos de colaboração em ambientes de P&D. A partir do modelo consolidado, avaliou-se o quanto ele explica a posição estrutural que um autor ocupa na rede com base em indicadores de ARS. Nesta segunda parte, os dados foram coletados por meio de uma pesquisa de levantamento com a utilização de um questionário. Os resultados mostraram que o modelo explica aproximadamente 41% da propensão de um autor do IPEN em colaborar com outros autores e em relação à posição estrutural de um autor na rede o poder de explicação variou entre 3% e 3,6%. Outros resultados mostraram que a colaboração entre autores do IPEN tem uma correlação positiva com intensidade moderada com a produtividade, da mesma forma que, os autores mais centrais na rede tendem a ampliar a sua visibilidade. Por fim, vários outros indicadores estatísticos bibliométricos referentes à rede de colaboração em P&D do IPEN foram determinados e revelados, como, a média de autores por publicação, média de publicações por autores do IPEN, total de publicações, total de autores e não autores do IPEN, entre outros. Com isso, esse trabalho fornece uma contribuição teórica e empírica aos estudos relacionados à colaboração científica e ao processo de transferência e preservação de conhecimento, assim como, vários subsídios que contribuem para o contexto de tomada de decisão em ambientes de P&D.

Avaliação em 3D da cabeça da mandíbula em crianças portadoras de mordida cruzada posterior unilateral por meio de tomografia computadorizada de feixe cônico

Durante o desenvolvimento da oclusão, a instalação de maloclusões podem resultar em desarmonias dento faciais de natureza e severidade diversas, podendo provocar alterações no desenvolvimento crânio facial, dentre as estruturas envolvidas as Articulações Temporo Mandibulares (ATM), podem sofrer alguma influência, dessa forma a avaliação desta região, no aspecto morfológico e funcional, constituí tema de interesse, sempre que levados em conta os aspectos funcionais da oclusão. A relação entre a forma e a função, tanto das cabeças da mandíbula, bem como o contorno da fossa mandibular com as maloclusões ainda é controversa e não está compreendida por completo, porém a literatura sobre o assunto, demonstra correlação entre a instalação de maloclusões e modificações neste sistema, mesmo que algumas alterações não sejam de ordem estatística e em amostras de indivíduos em tenra idade, as mesmas podem comprometer o desenvolvimento adequado em indivíduos adultos ou mesmo adultos jovens. Tendo como propósito nesse estudo a avaliação das cabeças da mandíbula quanto ao volume e superficíe dos lados direito e esquerdo, cruzado e não cruzado, a amostra selecionada foi de 20 indivíduos com mordida cruzada posterior unilateral, com idades entre 06 e 09 anos de idade, utilizando imagens de tomografia computadorizada por feixe cônico, imagens obtidas por um equipamento modelo i- Cat, sendo utilizado na reformatação e manipulação das imagens o programa computacional - NemoCeph 3D® versão 11.5. Nas medições propostas para esse estudo, utilizou-se o teste t pareado de Student para amostras com distribuição normal. Na observação das tabelas e seus respectivos gráficos, podemos verificar que na comparação entre os lados direito e esquerdo, e cruzado e não cruzado das cabeças da mandíbula, com relação ao volume e superfície, existem diferenças numéricas entre elas, porém não pode ser observado diferenças estatísticas significantes, nessa amostra especifica com a metodologia empregada para esse estudo. Assim foi possível concluir que nas Mordidas Cruzadas Posteriores Unilaterais as cabeças da mandíbula tanto em seu volume como em sua superfície não apresentaram diferenças estatisticamente significantes na amostra estudada.

Emaranhamento de feixes de fótons por meio do campo magnético

Foi proposta uma experiência na qual seria possível produzir um emaranhamento quântico de feixes de fótons com diferentes frequências, movendo-se em uma mesma direção, controlado por meio de um campo magnético externo. Nessa experiência, a interação entre o campo magnético e fótons é realizada por intermédio de elétrons, que interagem tanto com os fótons quanto com o campo magnético externo. Foi desenvolvida uma teoria que descreve processos físicos. Derivamos medidas de emaranhamento de informação e de Schmidt para um sistema geral de dois qubits e a medida residual para um sistema geral de três qubits. Usando a informação obtida da análise dos sistemas de dois e de três quase-fótons, calculamos medidas de emaranhamento. Criamos um programa para cálculo numérico, nesses casos, através do qual construímos gráficos de dependência das medidas de emaranhamentos em feixes de dois e de três fótons. Os resultados obtidos nos permitem ver como a medida de emaranhamento depende dos parâmetros, que caracterizam o sistema em questão. Por exemplo, se ambas as polarizações dos fótons coincidem, então, nenhum emaranhamento ocorre. O emaranhamento acontece apenas se as polarizações do fóton forem opostas.

Comprimento efetivo de colunas de aço em pórticos deslocáveis

Dentro da prática de verificação e projeto de estruturas metálicas, o cálculo de instabilidade exerce papel importante, já que o aço, por sua elevada resistência, incentiva o uso de colunas significativamente esbeltas. É comum na verificação da instabilidade de pórticos metálicos de andares múltiplos a utilização do conhecido fator K, que define, para a coluna, um comprimento efetivo. Tal fator é usualmente obtido em ábacos construídos a partir de duas hipóteses distintas para o mecanismo de instabilidade: a de flambagem por deslocamento lateral do andar e a de flambagem com esse deslocamento impedido. Essa divisão, e os modelos usualmente utilizados para tratá-la, se mostram incompletos para o caso de pórticos que se distanciem das hipóteses simplificadoras adotadas, e podem induzir a confusões e mal-entendido no uso do fator K. Neste trabalho, serão mostrados modelos alternativos para a determinação desse fator, buscando-se maior generalidade, assim como tentativas de esclarecer algumas possíveis ambiguidades no seu uso; além disso, esses modelos serão aplicados a alguns exemplos particulares. Como complemento ao trabalho, foi criado um programa de computador para determinar deslocamentos e esforços em segunda ordem para esse tipo de edificação, assim como ábacos alternativos. Os resultados obtidos nos exemplos serão contrastados com os fornecidos pelo programa e pelos ábacos.

Avaliação de métodos numéricos de análise linear de estabilidade para perfis de aço formados a frio.

Para o projeto de estruturas com perfis de aço formados a frio, é fundamental a compreensão dos fenômenos da instabilidade local e global, uma vez que estes apresentam alta esbeltez e baixa rigidez à torção. A determinação do carregamento crítico e a identificação do modo de instabilidade contribuem para o entendimento do comportamento dessas estruturas. Este trabalho avalia três metodologias para a análise linear de estabilidade de perfis de aço formados a frio isolados, com o objetivo de determinar os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade associados. Estritamente, analisa-se perfis de seção U enrijecido e Z enrijecido isolados, de diversos comprimentos e diferentes condições de vinculação e carregamento. Determinam-se os carregamentos críticos elásticos de bifurcação e os modos de instabilidade globais e locais por meio de: (i) análise com o Método das Faixas Finitas (MFF), através do uso do programa computacional CUFSM; (ii) análise com elementos finitos de barra baseados na Teoria Generalizada de Vigas (MEF-GBT), via uso do programa GBTUL; e (iii) análise com elementos finitos de casca (MEF-cascas) por meio do uso do programa ABAQUS. Algumas restrições e ressalvas com relação ao uso do MFF são apresentadas, assim como limitações da Teoria Generalizada de Viga e precauções a serem tomadas nos modelos de cascas. Analisa-se também a influência do grau de discretização da seção transversal. No entanto, não é feita avaliação em relação aos procedimentos normativos e tampouco análises não lineares, considerando as imperfeições geométricas iniciais, tensões residuais e o comportamento elastoplástico do material.

Estudo de modelos para o comportamento a altas queimas de varetas combustíveis de reatores a água leve pressurizada

Este trabalho tem como objetivo estudar as modificações introduzidas, ao longo de sucessivas versões, nos modelos empíricos do programa computacional FRAPCON utilizado para a simulação do comportamento sob irradiação de varetas combustíveis de Reatores a Água Leve Pressurizada (Pressurized Water Reactor - PWR) em regime de estado estacionário e sob condições de alta queima. No estudo, foram analisados os modelos empíricos utilizados pelo FRAPCON e que são apresentados em sua documentação oficial. Um estudo bibliográfico foi conduzido sobre os efeitos da alta queima em combustíveis nucleares visando melhorar o entendimento dos modelos utilizados pelo FRAPCON nestas condições. Foram feitas simulações do comportamento sob irradiação de uma vareta combustível típica de um reator PWR utilizando as versões 3.3, 3.4 e 3.5 do FRAPCON. Os resultados apresentados pelas diferentes versões do programa foram comparados entre si de forma a verificar as consequências das mudanças de modelo nos parâmetros de saída do programa. Foi possível observar que as modificações introduzidas trouxeram diferenças significativas nos resultados de parâmetros térmicos e mecânicos da vareta combustível, principalmente quando se evoluiu da versão FRAPCON-3.3 para a versão FRAPCON-3.5. Nessa ultima versão, obteve-se menores temperaturas na vareta combustível, menores tensões e deformações no revestimento, menor espessura da camada de oxido formada no revestimento a altas queimas na vareta combustível.

Deporte e igualdad: las voces de las deportistas de élite

El objetivo de esta investigación ha sido analizar y valorar las percepciones de las deportistas de élite ante su insuficiente presencia en el deporte. La metodología utilizada permite examinar e interpretar los pensamientos y creencias de una cohorte de deportistas de alto rendimiento. El instrumento utilizado para el tratamiento de los datos ha sido el programa informático AQUAD 7. En este estudio se abordan diferentes modalidades de relación de las participantes (el balonmano como deporte colectivo, el atletismo como individual y la lucha judo como una competición entre dos individuos). Los resultados muestran que las deportistas perciben situaciones de discriminación de género y ausencias de igualdad de oportunidades en su desarrollo profesional. Las conclusiones de este estudio aconsejan proponer un cambio en las políticas tendentes a la equiparación efectiva en la carrera deportiva de las mujeres.

An Ecological Model for Predicting Behaviour of Mediterranean Shrublands

In order to build dynamic models for prediction and management of degraded Mediterranean forest areas was necessary to build MARIOLA model, which is a calculation computer program. This model includes the following subprograms. 1) bioshrub program, which calculates total, green and woody shrubs biomass and it establishes the time differences to calculate the growth. 2) selego program, which builds the flow equations from the experimental data. It is based on advanced procedures of statistical multiple regression. 3) VEGETATION program, which solves the state equations with Euler or Runge-Kutta integration methods. Each one of these subprograms can act as independent or as linked programs.

Avaliação nutricional e antropométrica de praticantes de exercício físico em ginásio

A preocupação acrescida com a condição e aparência física, refletem-se em cuidados com o estado de saúde e bem-estar e são, nos últimos anos, responsáveis pela expansão dos ginásios e health clubs.Mas, atividade física e a alimentação estão intimamente ligadas, tanto no que respeita à estética como também, com maiores preocupações, no que respeita à saúde. Daí que as duas vertentes estejam ligadas à imagem de pessoas saudáveis e vigorosas. Na verdade, a capacidade de rendimento do organismo melhora com a nutrição adequada. A avaliação da composição corporal é um importante aspeto na determinação da condição física e permite-nos observar as alterações fisiológicas produzidas pelos programas de atividade física e/ou alimentares, oferecendo informações quanto a sua eficiência ou possíveis correções a serem efetuadas. Pretendeu-se com o presente estudo caracterizar os hábitos alimentares e a composição corporal dos indivíduos praticantes de exercício físico num ginásio do Concelho de Coimbra. A amostra foi constituída por 50 indivíduos, 22 do sexo masculino e 28 do sexo feminino, com idades compreendidas entre os 18 e os 57 anos. Estes indivíduos têm em comum o facto de praticarem exercício físico num mesmo ginásio, de uma forma sistemática há pelo menos 6 meses. Para a caracterização dos hábitos de AF dos participantes no estudo foi utilizada a versão curta do International Physical Activity Questionnaire (IPAQ). Para avaliação nutricional recorreu-se ao Questionário Semiquantitativo de Frequência Alimentar (QSFA), elaborado pelo Serviço de Higiene e Epidemiologia da Faculdade de Medicina da Universidade do Porto. A conversão dos alimentos em nutrientes foi realizada recorrendo ao programa informático Food Processor Plus ® versão 7.0. Foram ainda avaliados os seguintes parâmetros antropométricos: peso, altura, perímetro abdominal, IMC, massa gorda e massa magra. As análises estatísticas foram efetuadas com recurso ao Programa Estatístico SPSS (Statistical Package for the Sciences) para o Windows, versão 20.0. O nível de significância estatística foi mantida em 5% (p<0,05). A análise dos dados permitiu retirar as seguintes conclusões: Os frequentadores de ginásio são na sua maioria indivíduos do sexo feminino (56%), jovens com uma idade média de 27±7 anos. A maioria dos participantes do estudo praticava EF (exercício físico) há 39 meses, no entanto no grupo existe uma grande variabilidade, existindo indivíduos que praticam EF há 6 meses, e outros que o fazem há 180 meses. Praticam EF com uma frequência média de 3,5±1,3 sessões/semana a que corresponde uma prática de EF 6,40±3,2 h/semana. A maioria apresentava um Perímetro Abdominal (PA) de 85,2±6,3 cm, Índice de Massa Corporal (IMC) normal (23,1± 2,6 kg/m2), valores de Massa Gorda (MG) (23,9%) e de Massa Muscular (MM) de 34,6±7,9%. Observou-se uma diminuição da MG com o tempo de prática de exercício de 25,3% (praticantes entre 6-12 meses) vs 20,9% (praticantes> 48 meses). Esta influência temporal, embora sem significado estatístico, verifica-se também relativamente ao perímetro abdominal e IMC, embora neste último numa razão inversa, caracterizada pelo seu aumento. O tipo de exercício praticado influencia a composição corporal: praticantes de exercício aeróbio apresentam um perímetro abdominal inferior (82,3±6,0 cm) aos praticantes de outro tipo de exercícios porém acompanhado de uma percentagem de massa gorda superior (29,4±6,0%).Os praticantes de exercício de resistência apresentam valores de MG de 16,0±7,4%. No estudo por nós realizado, constatou-se inadequação na quantidade energética consumida, face às necessidades efetivas da amostra. Embora a ingestão de hidratos de carbono, de fibra e de lípidos se apresente dentro dos limites recomendados a ingestão de proteína ultrapassa os valores recomendados.Os resultados obtidos mostram que o tipo de exercício bem como o tempo de prática de exercício influenciam a composição corporal. Verificou-se ainda que a alimentação dos participantes no estudo não é adequada do ponto de vista nutricional e para além disso os hábitos nutricionais não parecem influir na composição corporal da amostra. Mais estudos serão necessários para que os hábitos alimentares dos praticantes de exercício em ginásios e health clubs sejam bem conhecidos e os profissionais da área tenham mais informações e possam orientar melhor os praticantes de exercício físico regular em ginásios e health clubs de modo a otimizar os resultados pretendidos através de um aconselhamento nutricional individualizado.