A no-go result on the purification of quantum states

The information encoded in a quantum system is generally spoiled by the influences of its environment, leading to a transition from pure to mixed states. Reducing the mixedness of a state is a fundamental step in the quest for a feasible implementation of quantum technologies. Here we show that it is impossible to transfer part of such mixedness to a trash system without losing some of the initial information. Such loss is lower-bounded by a value determined by the properties of the initial state to purify. We discuss this interesting phenomenon and its consequences for general quantum information theory, linking it to the information theoretical primitive embodied by the quantum state-merging protocol and to the behaviour of general quantum correlations.

Purification of a cathepsin L-like proteinase secreted by adult Fasciola hepatica

A cysteine proteinase released in vitro by Fasciola hepatica was purified to homogeneity by Sephacryl S-200 gel filtration chromatography followed by QAE-Sephadex chromatography. The purified enzyme resolves as a single band with an apparent molecular size of 27 kDa on reducing SDS-polyacrylamide gel electrophoresis; however, under non-reducing conditions it migrates as multiple bands, each with enzymatic activity, in the apparent molecular size range 60-90 kDa. The sequence of the first 20 N-terminal amino acids of the enzyme shows considerable homology with cathepsin L-like proteinases. Immunolocalisation studies revealed that the cathepsin L-like proteinase is concentrated within vesicles in the gut epithelial cells of liver fluke.

Partial purification of lymphokine activities by iso-electric focusing

A continuous cell-line has been shown to be adaptable to preparation of supernatants containing lymphokine activities. Separation and partial purification of migration inhibiting, colony stimulating and interferon activities from such preparations has been achieved by the use of density gradient iso-electric focusing.

Purification of measles virus with preservation of infectivity and antigenicity

Measles virus Edmonston strain was purified by ultrafiltration followed by two successive sedimentations through sucrose. Purified virus retained infectivity and, when used as an immunogen, elicited high titred antibody to measles antigens by conventional serology. The measles preparations were examined by SDS-PAGE followed by staining. In addition, following PAGE, the purity of these preparations was assessed immunochemically using antisera directed to measles and host cell antigens. The results of these studies demonstrate the utility of the purification method for the preparation of milligram quantities of relatively pure measles virus.

Purification of a multidrug resistance transporter for crystallization studies

Crystallization of integral membrane proteins is a challenging field and much effort has been invested in optimizing the overexpression and purification steps needed to obtain milligram amounts of pure, stable, monodisperse protein sample for crystallography studies. Our current work involves the structural and functional characterization of the Escherichia coli multidrug resistance transporter MdtM, a member of the major facilitator superfamily (MFS). Here we present a protocol for isolation of MdtM to increase yields of recombinant protein to the milligram quantities necessary for pursuit of structural studies using X-ray crystallography. Purification of MdtM was enhanced by introduction of an elongated His-tag, followed by identification and subsequent removal of chaperonin contamination. For crystallization trials of MdtM, detergent screening using size exclusion chromatography determined that decylmaltoside (DM) was the shortest-chain detergent that maintained the protein in a stable, monodispersed state. Crystallization trials of MdtM performed using the hanging-drop diffusion method with commercially available crystallization screens yielded 3D protein crystals under several different conditions. We contend that the purification protocol described here may be employed for production of high-quality protein of other multidrug efflux members of the MFS, a ubiquitous, physiologically and clinically important class of membrane transporters.

Differential affinity of FLIP and procaspase 8 for FADD's DED binding surfaces regulates DISC assembly

Death receptor activation triggers recruitment of FADD, which via its death effector domain (DED) engages the DEDs of procaspase 8 and its inhibitor FLIP to form death-inducing signalling complexes (DISCs). The DEDs of FADD, FLIP and procaspase 8 interact with one another using two binding surfaces defined by α1/α4 and α2/α5 helices, respectively. Here we report that FLIP has preferential affinity for the α1/α4 surface of FADD, whereas procaspase 8 has preferential affinity for FADD's α2/α5 surface. These relative affinities contribute to FLIP being recruited to the DISC at comparable levels to procaspase 8 despite lower cellular expression. Additional studies, including assessment of DISC stoichiometry and functional assays, suggest that following death receptor recruitment, the FADD DED preferentially engages FLIP using its α1/α4 surface and procaspase 8 using its α2/α5 surface; these tripartite intermediates then interact via the α1/α4 surface of FLIP DED1 and the α2/α5 surface of procaspase 8 DED2.

High-affinity phosphate/arsenate transport in white lupin (Lupinus albus) is relatively insensitive to phosphate status

The development of proteoid roots under phosphorus deficiency by white lupin (Lupinus albus) may result in increased arsenate uptake, as arsenate is a phosphate analogue. This, together with its high biomass production, rapid growth and ability to survive in soils with low phosphate and nitrogen contents, low pH and high metal contents make them an interesting species to investigate with respect to revegetation, and possibly also for long-term phytoremediation, of arsenic contaminated soils. Kinetic parameters for arsenate uptake for P-deficient and P-sufficient plants, as well as for proteoid and nonproteoid roots were obtained. Down-regulation of arsenate uptake by phosphate, as well as phosphate/arsenate competition for P-deficient and P-sufficient plants was studied. Arsenate uptake was reduced by phosphate, but small differences were found between P-deficient and P-sufficient plants. Arsenate uptake by proteoid roots was higher than for nonproteoid roots of P-deficient plants, with higher V_max and similar K_m values. Down-regulation of the high affinity phosphate/arsenate uptake system by phosphate does take place but seems to be slower than in other plants. This study suggests that the low sensitivity of the phosphate/arsenate uptake system to regulation by phosphate may be related to the adaptations of white lupin to low P available environments. Such adaptation are absent in plants unable to develop proteoid roots.

High-affinity NO3 --H+ cotransport in the fungus Neurospora:Induction and control by pH and membrane voltate

High-affinity nitrate transport was examined in intact hyphae of Neurospora crassa using electrophysiological recordings to characterize the response of the plasma membrane to NO₃ ^- challenge and to quantify transport activity. The NO₃ ^--associated membrane current was determined using a three electrode voltage clamp to bring membrane voltage under experimental control and to compensate for current dissipation along the longitudinal cell axis. Nitrate transport was evident in hyphae transferred to NO₃ ^--free, N-limited medium for 15 hr, and in hyphae grown in the absence of a nitrogen source after a single 2-min exposure to 100 μM NO₃ ^-. In the latter, induction showed a latency of 40-80 min and rose in scalar fashion with full transport activity mensurable approx. 100 min after first exposure to NO₃ ^-; it was marked by the appearance of a pronounced sensitivity of membrane voltage to extracellular NO₃ ^- additions which, after induction, resulted in reversible membrane depolarizations of (+)54-85 mV in the presence of 50 μM NO₃ ^-; and it was suppressed when NH₄ ⁺, was present during the first, inductive exposure to NO₃ ^-. Voltage clamp measurements carried out immediately before and following NO₃ ^- additions showed that the NO₃ ^--evoked depolarizations were the consequence of an inward-directed current that appeared in parallel with the depolarizations across the entire range of accessible voltages -400 to +100 mV). Measurements of NO₃ ^- uptake using NO₃ ^--selective macroelectrodes indicated a charge stoichiometry for NO₃ ^- transport of 1(+):1(NO₃ ^-) with common K(m) and J(max) values around 25 μM and 75 pmol NO₃ ^- cm^-2sec^-1, respectively, and combined measurements of pH(o) and [NO₃ ^-](o) showed a net uptake of approx. 1 H⁺ with each NO₃ ^- anion. Analysis of the NO₃ ^- current demonstrated a pronounced voltage sensitivity within the normal physiological range between -300 and -100 mV as well as interactions between the kinetic parameters of membrane voltage, pH(o) and [NO₃ ^-](o). Increasing the bathing pH from 5.5 to 8.0 reduced the current and the associated membrane depolarizations 2- to 4-fold. At a constant pH(o) of 6.1, driving the membrane voltage from -350 to -150 mV resulted in an approx. 3-fold reduction in the maximum current and a 5-fold rise in the apparent affinity for NO₃ ^-. By contrast, the same depolarization effected an approx. 20% fall in the K(m) for transport as a function in [H⁺](o). These, and additional results are consistent with a charge-coupling stoichiometry of 2(H⁺) per NO anion transported across the membrane, and implicate a carrier cycle in which NO binding is kinetically adjacent to the rate-limiting step of membrane charge transit. The data concur with previous studies demonstrating a pronounced voltage-dependence to high-affinity NO₃ ^- transport system in Arabidopsis, and underline the importance of voltage as a kinetic factor controlling NO₃ ^- transport; finally, they distinguish metabolite repression of NO₃ ^- transport induction from its sensitivity to metabolic blockade and competition with the uptake of other substrates that draw on membrane voltage as a kinetic substrate.

Suppression of the high affinity phosphate uptake system:A mechanism of arsenate tolerance in Holcus lanatus L.

In Holcus lanatus L. phosphate and arsenate are taken up by the same transport system. Short-term uptake kinetics of the high affinity arsenate transport system were determined in excised roots of arsenate-tolerant and non-tolerant genotypes. In tolerant plants the V_max of ion uptake in plants grown in phosphate-free media was decreased compared to non-tolerant plants, and the affinity of the uptake system was lower than in the non-tolerant plants. Both the reduction in V_max and the increase in K_m led to reduced arsenate influx into tolerant roots. When the two genotypes were grown in nutrient solution containing high levels of phosphate, there was little change in the uptake kinetics in tolerant plants. In non-tolerant plants, however, there was a marked decrease in the V_max to the level of the tolerant plants but with little change in the K_m. This suggests that the low rate of arsenate uptake over a wide range of differing root phosphate status is due to loss of induction of the synthesis of the arsenate (phosphate) carrier. © 1992 Oxford University Press.

4-Amino-1,8-naphthalimide-based Tröger's bases as high affinity DNA targeting fluorescent supramolecular scaffolds

The synthesis and photophysical and biological investigation of fluorescent 1,8-naphthalimide conjugated Troger's bases 1-3 are described. These structures bind strongly to DNA in competitive media at pH 7.4, with concomitant modulation in their fluorescence emission. These structures also undergo rapid cellular uptake, being localized within the nucleus within a few hours, and are cytotoxic against HL60 and (chronic myeloid leukemia) K562 cell lines.

Calix[4]pirróis: síntese e aplicação como sensores de aniões

A presente dissertação descreve, essencialmente, o desenvolvimento de novos métodos de funcionalização de calix[4]pirróis. O uso desses calix[4]pirróis, bem como o de porfirinas e ftalocianinas, como sensores de aniões, incluindo a determinação das suas constantes de afinidade é igualmente discutido. Esta dissertação encontra-se dividida em três partes distintas. Na primeira é feita uma revisão bibliográfica acerca das metodologias de síntese dos calix[4]pirróis, bem como das suas características e aplicações. A segunda parte encontra-se subdividida em diversos pontos de acordo com o tipo de funcionalização realizada nos calix[4]pirróis. No primeiro ponto desta parte encontram-se discutidos a síntese e a caracterização do mesooctametilcalix[ 4]pirrol-2-carbaldeído e do 3-(meso-octametilcalix[4]pirrol-2- il)propenal bem como os resultados obtidos da funcionalização destes aldeídos por reacções de cicloadição 1,3-dipolar. Esses aldeídos foram usados para gerar iletos de azometino, os quais foram “apanhados” com diversos dipolarófilos, tais como o fumaronitrilo, o fumarato de dimetilo, a N-(4- metoxifenil)maleimida, a 1,4-benzoquinona e a 1,4-naftoquinona. Ambos os calixpirróis com grupo formilo deram origem a aductos de cicloadição 1,3- dipolar com rendimentos moderados ou bons, principalmente quando se utilizou fumaronitrilo, fumarato de dimetilo ou N-(4-metoxifenil)maleimida como dipolarófilos. Neste estudo verificou-se que quando as quinonas eram utilizadas como dipolarófilos apenas eram obtidos os cicloaductos do 3-(mesooctametilcalix[ 4]pirrol-2-il)propenal. No segundo ponto descrevem-se as reacções de condensação aldólica e de Knoevenagel do mesooctametilcalix[ 4]pirrol-2-carbaldeído e do 3-(meso-octametilcalix[4]pirrol-2- il)propenal. Verificou-se a ausência de resultados para as reacções de condensação aldólica mas resultados muito satisfatórios para as reacções de Knoevenagel. Foram utilizados como compostos metilénicos activados a indano-1,3-diona, o 1,3-bis(dicianometilideno)indeno, o malononitrilo, o cianoacetato de etilo, o malonato de dietilo e o ácido de Meldrum. No penúltimo ponto encontram-se discutidas as reacções dos dois aldeídos com aminas bem como a sua redução e posterior tentativa de funcionalização dos calixpirróis com grupo hidroxilo. Em ambas as tentativas os resultados foram pouco satisfatórios. No último ponto da segunda parte descrevem-se, pormenorizadamente, os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados. Na terceira parte são descritos os testes dos novos calix[4]pirróis sintetizados e também de outros derivados tetrapirrólicos, nomeadamente porfirinas e ftalocianinas, com aniões. Os calix[4]pirróis sintetizados demonstraram capacidade de interagir com diferentes aniões, e a sua capacidade de interacção é dependente dos grupos funcionais introduzidos. Verificou-se que os compostos com grupos ciano conjugados com um anel pirrólico do macrociclo apresentam constantes de afinidade mais elevadas para os aniões. A concluir esta dissertação encontra-se uma revisão da literatura sobre a utilização de porfirinas como sensores de aniões. Apresentam-se também os resultados obtidos com duas porfirinas e uma ftalocianina em tal aplicação. As porfirinas testadas apresentam elevadas constantes de afinidade com os iões fluoreto e di-hidrogenofosfato. No caso da ftalocianina verificou-se que esta interage com vários aniões, bem como com metanol e sulfóxido dimetílico, originando soluções de cores muito diferentes.

Extraction and purification of triterpenic acids from eucalypt bark

A indústria da pasta e do papel é um sector importante da economia mundial, particularmente a que assenta em espécies de Eucalyptus. No entanto, essas indústrias geram quantidades significativas de correntes secundárias de subprodutos e resíduos de biomassa que podem ser exploradas em aplicações de valor acrescentado em vez de serem queimadas para produção de energia. Um exemplo nobre pode ser a produção de ácidos triterpénicos com estruturas dos tipos lupano, oleanano e ursano, dada a sua abundância em alguns destes resíduos, em particular na casca, adotando o conceito de biorrefinaria integrada numa fábrica de pasta. Estes compostos são conhecidos pelas suas inúmeras actividades biológicas, por exemplo, antioxidante, anti-inflamatória e antitumoral, e podem encontrar aplicações em produtos de elevado valor, tais como cosméticos, nutracêuticos ou farmacêuticos. Neste sentido, o estudo das potencialidades das cascas das espécies de eucalipto mais exploradas enquanto fontes de compostos triterpénicos é um tópico relevante. Por conseguinte, foram analisados e comparados em pormenor os teores e composições em ácidos triterpénicos (TTAs) das cascas externas de várias espécies de eucalipto (E. globulus, E. grandis, E. urograndis, E. maidenii e E. nitens). Os teores dos principais TTAs identificados nestas espécies variaram entre 4.5 g/kg no E. urograndis e 21.6 g/kg no E. nitens. Observou-se que as cascas externas de Eucalyptus de zonas temperadas e Mediterrânicas, nomeadamente E. nitens e E. globulus, são mais ricas em TTAs que as espécies de regiões tropicais e subtropicais. Além disso, a casca externa do E. globulus é claramente a mais rica em ácidos com estruturas do tipo ursano enquanto a do E. nitens é a mais rica em ácidos do tipo oleanano e lupano. Estes resultados levaram-nos a estudar a extração dos TTAs da casca de Eucalyptus, bem como a sua posterior concentração e purificação, a qual foi efetuada por extração sólido-líquido convencional combinada com a precipitação de solutos, e por extração com fluidos supercríticos (SFE). No que diz respeito à primeira abordagem referida, foi desenvolvido neste trabalho um método patenteado que permite obter extratos enriquecidos em TTAs das cascas de eucalipto baseado em tecnologias disponíveis no imediato. Em relação à segunda abordagem, e de forma a apostar em processos de baixo impacto ambiental exigidos pelas biorrefinarias do futuro, a SFE surge como uma opção natural. Assim, foi efetuada a SFE da casca caduca do E. globulus com dióxido de carbono puro e modificado para recuperar a fração de TTAs, e os resultados foram comparados com os obtidos por extração em Soxhlet com diclorometano. Foram realizados estudos preliminares sobre a influência da pressão (100-200 bar), a adição de co-solvente (0, 5 e 8% m/m de etanol), e operação em múltiplos passos a fim de avaliar a aplicabilidade da alternativa supercrítica para a sua produção eficiente e selectiva. Os resultados destacaram a influência da pressão e o importante papel resumo (cont.) desempenhado pelo co-solvente neste processo, cujo efeito foi mais relevante do que o aumento da pressão em várias dezenas de bar. Este trabalho foi depois otimizado, usando o planeamento factorial de experiências e a metodologia de superfícies de resposta, para analisar a influência da temperatura (40-60 ºC), pressão (100-200 bar), e teor de etanol (0.0-5.0% m/m) na recuperação dos TTAs e respectiva concentração nos extractos. Nestes intervalos, as melhores condições de operação encontradas foram 200 bar, 40 °C e 5% de etanol, para as quais os modelos de regressão estatisticamente validados previram um rendimento de extração de 1.2% com 50% de concentração em TTAs, correspondendo ao rendimento em TTAs de 5.1 g/kg de casca e uma recuperação de 79.2% comparativamente ao valor do Soxhlet. Os TTAs livres e acetilados apresentaram tendências de extracção bastante distintas devido às suas diferentes afinidades para o CO2 causadas pelas diferentes polaridades: os derivados acetilados aproximam-se de um patamar máximo a cerca de 200 bar e 5% de etanol, enquanto a extração dos TTAs livres apresenta uma tendência sempre crescente no intervalo de condições estudado. Foram também medidas curvas cumulativas de SFE da casca do E. globulus de forma a analisar o comportamento cinético do processo em termos de rendimento total, rendimento em TTAs, rendimento em TTAs livres, rendimento em TTAs acetilados, e concentração dos TTAs nos extractos. Foi analisada a influência da pressão, temperatura, teor de co-solvente e caudal do dióxido de carbono sobre as respostas anteriores. Os dados experimentais foram modelados com os modelos Logístico, de Dessorção, de Placa Plana Simples, e de Difusão. Na globalidade, os resultados confirmaram que a pressão e o teor de etanol têm um efeito significativo sobre as curvas de extração, os rendimentos finais e as concentrações dos extratos, e mostraram a presença de limitações externas à transferência de massa em alguns ensaios. Mais uma vez, as famílias individuais de TTAs livres e acetilados apresentaram diferentes tendências de extracção. A modelação permitiu-nos confirmar não só o importante papel desempenhado pela difusão intraparticular na SFE, mas também a contribuição da resistência no filme em alguns ensaios. Após a análise de todos os resultados, foi efetuado um ensaio em duas etapas em série, possibilitando o enriquecimento do teor em TTAs no extracto devido às diferentes condições adotadas em cada etapa. Por último, um éster metílico de um ácido triterpénico do tipo oleanano - morolato de metilo - foi identificado pela primeira vez enquanto componente da casca de Eucalyptus na casca externa do Eucalyptus grandis x globulus, onde ocorre em teores elevados. A sua extração com CO2 supercrítico foi também realizada, visando a conceção de uma alternativa de extração ambientalmente benigna para este composto. A 200 bar e 60 ºC, a remoção do morolato de metilo atingiu um patamar às 6 h para 5.1 kg h-1 de CO2 / kg de casca. Em geral, e de forma semelhante à SFE da casca do E. globulus, os TTAs acetilados foram mais significativamente extraídos quando comparados com os seus ácidos livres, o que está diretamente relacionado com a natureza menos polar destas moléculas. O trabalho apresentado nesta tese é uma contribuição para a valorização de uma corrente de biomassa com baixo valor na indústria de pasta em duas vertentes complementares. Por um lado, aumentou o conhecimento da composição lipofílica das cascas de Eucalyptus spp. com interesse comercial para a produção de pasta, destacando o seu potencial enquanto fontes de ácidos triterpénicos. Por outro lado, foram desenvolvidos dois processos alternativos e facilmente integráveis numa fábrica de pasta para a sua exploração a partir da casca: um baseado em tecnologias convencionais bem estabelecidas a nível industrial, prevendo a sua aplicação a curto prazo, e um outro baseado na SFE, seguindo as tendências das futuras biorrefinarias.