Producció i caracterització de variants de la ribonucleasa pancreàtica humana dissenyades per a adquirir propietats citotòxiques

Amb la finalitat d'aprofundir en les bases moleculars de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, es van construir variants derivades de l'HP-RNasa seguint dues estratègies. En la primera, es van generar variants de l'enzim resistents a l'acció de l'inhibidor proteic de les ribonucleases (hRI), substituint residus implicats en la interfície de contacte entre la ribonucleasa i l'hRI. En la segona, es va addicionar el motiu RGD en regions de superfície de la proteïna implicades en la formació del complex amb l'hRI, a fi de promoure la seva interacció amb la membrana plasmàtica de les cèl·lules i a la vegada disminuir l'afinitat de les variants per l'hRI. Es va comprovar que només les variants portadores de substitucions múltiples adquirien la capacitat de resistència a l'hRI. L'estudi del percentatge d'inhibició de la síntesi proteica en cèl·lules incubades amb cadascuna de les variants va mostrar que només dues de les variants construïdes havien adquirit propietats citotòxiques. La citotoxicitat més elevada la va presentar una variant que no era resistent a l'hRI, amb valors que eren només entre 5 i 15 vegades inferiors als de l'onconasa. Aquest resultat demostrà que la sensibilitat a l'hRI no és necessàriament un paràmetre limitant per a la citotoxicitat de les ribonucleases. Cap de les variants que incorporava un motiu RGD presentà citotoxicitat, evidenciant que aquest motiu no és efectiu a fi de dotar les ribonucleases pancreàtiques de propietats citotòxiques. Es van estudiar les bases moleculars de la citotoxicitat de la variant més citotòxica. En primer lloc, l'anàlisi de la internalització per marcatge radioactiu d'aquesta variant en relació amb l'onconasa i amb altres variants de l'HP-RNasa no citotòxiques, va posar en evidència que només l'onconasa era internalitzada eficientment. Es descartava així la possibilitat que l'acció citotòxica de l'enzim estudiat fos conseqüència d'una major eficiència d'endocitosi. També es va comprovar que l'addició del motiu RGD no era capaç de promoure la internalització de les proteïnes amb més eficàcia. Per microscòpia confocal de fluorescència, les variants humanes només es van començar a detectar a l'interior de la cèl·lula a partir de les 24 h d'incubació. Totes les variants generades van presentar una eficiència catalítica superior al 50 % de l'activitat de la seva proteïna parental, PM5, indicant que probablement l'estructura del centre actiu no havia estat afectada de manera dràstica per les substitucions introduïdes. No obstant, en tots els casos es va produir una disminució en la termoestabilitat respecte a PM5. Aquest resultat indicà que la correlació descrita a la bibliografia entre l'increment de termoestabilitat i l'increment de citotoxicitat per les ribonucleases no sempre es compleix. Per microscòpia confocal es va comprovar que tant la proteïna més citotòxica, com una variant no citotòxica resistent a l'hRI, així com la proteïna parental, seguien la via de degradació lisosomal. Aquesta ruta de trànsit no va ser afectada per l'addició de drogues que alteren les vies de trànsit retrògrad (monensina i brefeldina A), però sí per l'addició de la bafilomicina A1, una droga que neutralitza el pH endosomal i que va actuar alentint el trànsit de les proteïnes als lisosomes. D'acord amb aquests resultats, els valors de citotoxicitat de les variants es van incrementar de manera significativa només en presència de bafilomicina A1, suggerint que les ribonucleases transloquen al citoplasma a partir d'algun punt de la via de trànsit endosomal. Es va comprovar que l'acció de la variant més citotòxica era deguda a que l'addició d'un segon motiu de tres Arg en PE5 dota a aquesta proteïna amb un senyal de transport nuclear. La fracció d'enzim que aconsegueix translocar al citoplasma a partir d'algun punt de la via endosomal previ als lisosomes, és conduït ràpidament al nucli de la cèl·lula per mitjà del mecanisme clàssic de transport actiu. Per la seva afinitat amb l'rRNA, l'enzim es concentra en el nuclèol, on probablement duu a terme la seva activitat catalítica. La interacció d'aquesta variant amb els receptors nucleocitoplasmàtics, les importines, impediria per altra banda el bloqueig de l'enzim per part de l'hRI. Els resultats obtinguts presenten una nova estratègia de disseny de ribonucleases citotòxiques, basada en l'addició de segments NLS a fi de promoure el transport nuclear dels enzims. Aquesta estratègia podria permetre superar limitacions que fins al moment han estat descrites com a limitants de la citotoxicitat de les ribonucleases pancreàtiques, com la sensibilitat a l'hRI o la baixa eficiència d'internalització.

Managanese and dicopper complexes for bioinspired oxidation reactions: catalytic and mechanistic studies on C-H and C=C oxidations

Enzymes are high-weight molecules which catalyze most of the metabolic processes in living organisms. Very often, these proteins contain one or more 1st row transition metal ions in their active center (Fe, Cu, Co, Mn, Zn, etc.), and are known as metalloenzymes or metalloproteins. Among these, metalloenzymes that activate molecular oxygen and use it as terminal oxidant stand out because of the wide range of catalyzed reactions and their exquisite selectivity. In this PhD dissertation we develop low-weight synthetic bioinspired complexes that can mimic structural and/or functional features of the active center of oxigenases. In the first part, we describe the use of unsymmetric dinuclear Cu complexes which are capable of performing the oxidation of phenols and phenolates in a analogous manner of the tyrosinase protein. In the second part, we describe the use of mononuclear manganese complexes in the oxidation of alcanes and alquenes.

O2 activation at bioinspired complexes: dinuclear copper systems and mononuclear non-heme iron compounds. Mechanisms and catalytic applications in oxidative transformations

L'activació d'oxigen que té lloc en els éssers vius constitueix una font d'inspiració pel desenvolupament d'alternatives als oxidants tradicionals, considerats altament tòxics i nocius. En aquesta treball s'utilitzen compostos sintètics com a models del centre actiu de proteïnes dinuclears de coure i mononuclears de ferro de tipus no-hemo que participen en l'activació d'oxigen en els éssers vius. Els sistemes dinuclears de coure mostren un centre de tipus coure(III) bis(oxo) que és capaç de dur a terme l'ortho-hidroxilació de fenols de manera similar a la reacció que catalitza la proteïna tirosinasa. Per altra banda, els sistemes de ferro desenvolupats en aquest treball actuen com a models de les dioxigenases de Rieske i poden dur a terme l'hidroxilació estereoespecífica d'alcans i l'epoxidació i cis-dihidroxilació d'olefines utilitzant peròxid d'hidrogen com a agent oxidant. Tot plegat demostra que el desenvolupament de sistemes model constitueix una bona estratègia per l'estudi dels sistemes naturals.

Eliminación de compuestos causantes de olores mediante adsorbentes/catalizadores obtenidos a partir de lodos de depuradora

El aumento de la cantidad de lodos y las dificultades inherentes a su aplicación agrícola y/o disposición en vertederos, hace necesario encontrar nuevas alternativas para su gestión. A nivel europeo, hoy en día se tiende hacia la aplicación de tratamientos térmicos (incineración, pirólisis y gasificación) que permiten una valoración energética de los lodos, si bien generan un residuo sólido que sigue siendo necesario gestionar. El problema medioambiental provocado por (malos) olores resulta difícil de abordar de una manera genérica, teniendo en consideración la propia naturaleza del olor y sus posibles causas. Los olores en las EDARs son provocados básicamente por la degradación de la materia orgánica en condiciones anaeróbicas y se detectan en todas las operaciones unitarias en diferentes niveles de concentración. Esta tesis incidiendo en ambos aspectos, tiene por objeto investigar la valorización de lodos como materiales precursores de adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de olores en el entorno de las EDARs, maximizando la reutilización de los lodos. Para la realización de los experimentos se han seleccionado lodos procedentes de tres EDARs situadas en la región de Girona (SC, SB, SL) que difieren en cuanto al tratamiento de los lodos. Ambas muestras han sido caracterizadas con el fin de determinar las diferencias más importantes en los lodos de partida. Los parámetros de caracterización incluyen el análisis de composición química (análisis elemental e inmediato, determinación contenido en cenizas, medida pH, DRX, FT-IR, SEM / EDX) así como análisis de superficie (adsorción de N2 y CO2). En primer lugar los lodos caracterizados han sido sometidos a diferentes tratamientos térmicos de gasificación y pirólisis y los adsorbentes/ catalizadores obtenidos se han probado como adsorbentes para la eliminación de H2S. Como consecuencia de este estudio, se ha desechado el uso de uno de lodos (SC) puesto que se obtenían resultados muy similares a (SB), a continuación el estudio se centró en el lodo de SL. Con este objetivo se han preparado 12 muestras 6 de ellas pirolizadas y 6 gasificadas en el rango de temperaturas que comprende 600-1100 ºC. Posteriormente las muestras han sido caracterizadas y se ha determinado la capacidad de eliminación (x/M) del H2S. Los resultados muestran que hemos sido capaces de obtener unos materiales que si bien, presentan un bajo desarrollo de porosidad dan lugar a valores de capacidades de eliminación elevados y comparables a carbones y materiales adsorbentes comerciales (Centaur, Sorbalit). Las elevadas eficiencias de eliminación se atribuyen básicamente a la presencia de especies catalíticamente activas tales como los óxidos mixtos de calcio y hierro determinados por DRX en las muestras tratadas térmicamente. El segundo bloque de resultados se centra la mejora de las propiedades texturales de estos materiales adsorbentes. Con este objetivo se llevaron acabo procesos de activación física con CO2 y química con H3PO4 e hidróxidos alcalinos (NaOH y KOH), que hasta el momento no se había probado con este tipo de precursores. Los resultados indican que la activación física (CO2) y química (H3PO4) no son unos buenos métodos para la obtención de adsorbentes altamente porosos con este tipo de materia prima bajo las condiciones probadas, sin embargo la activación con hidróxidos alcalinos da lugar a materiales adsorbentes con superficies específicas de hasta 1600 m2g-1. En el caso de la activación con hidróxidos, tanto el incremento de la relación agente activante/ precursor como el incremento de la temperatura producen un descenso del rendimiento, al mismo tiempo que incrementan el valor de SBET. Los materiales resultantes de la activación con hidróxidos alcalinos se han probado como adsorbentes/ catalizadores para la eliminación de H2S. Los resultados indican que un incremento del área superficial no es indicativo de un aumento de la capacidad de eliminación dada la naturaleza ácida de estos materiales obtenidos. Con el fin de contrarrestar el efecto ácido de estos materiales se han realizado los mismos ensayos añadiendo NaOH al lecho de reacción llegando a valores de x/M de hasta 450 mgg-1. Posteriormente también se han realizado ensayos de eliminación de NH3 con algunas de estas muestras, y los resultados obtenidos de x/M son del orden de carbones activados comerciales. Los materiales adsorbentes obtenidos tras la activación con hidróxidos alcalinos se convierten en materiales muy atractivos para ser utilizados como adsorbentes/ catalizadores de múltiples contaminantes (COVs, Hg...).

Theoretical study of catalytic reactions of carbenes: haptotropic rearrangements and the Dötz reaction

En aquesta tesi s'han estudiat mecanismes de reaccions de cicloanulació en carbens de Fischer a través de mètodes teòrics, concretament fent servir el nivell de teoria B3LYP/(Wachters' basis / 6-31G**). Els alcoxi- i amino carbens de pentacarbonil crom, ja siguin vinílics o aromàtics, reaccionen amb acetilè per produir fenols, naftols o derivats ciclopentadiè o indè substituïts amb el Cr(CO)3 coordinat, d'una manera regioselectiva. L'objectiu d'aquest treball és discutir ambudes reaccions competitives particularment a la reacció de Dötz, la qual durant els darrers anys ha estat explorada experimentalment per W.D. Wulff, C.P. Casey, R. Aumann i J. Barluenga entre altres diferents propostes mecanístiques. A més K.H. Dötz va demostrar que la coordinació del Cr(CO)3, un cop l'anell ja està format, pot patir canvis haptotròpics, és a dir, la caminada del complex metàl·lic d'un anell a un altre -generalment almenys substituït- canviant la seva hapticitat (coordinació pi amb els membres de l'anell). Llavors, s'han estudiat les migracions haptotròpiques intramoleculars en petits hidrocarbons aromàtics policíclics amb l'objectiu d'analitzar les rutes de reacció per les quals aquestes reaccions es porten a terme

Degradation of atrazine and isoproturon in surface and sub-surface soil materials undergoing different moisture and aeration conditions

The influence of different moisture and aeration conditions on the degradation of atrazine and isoproturon was investigated in environmental samples aseptically collected from surface and sub-surface zones of agricultural land. The materials were maintained at two moisture contents corresponding to just above field capacity or 90% of field capacity. Another two groups of samples were adjusted with water to above field capacity, and, at zero time, exposed to drying-rewetting cycles. Atrazine was more persistent (t(1/2) = 22-3S days) than isoproturon (t(1/2) = 5-17 days) in samples maintained at constant moisture conditions. The rate of degradation for both herbicides was higher in samples maintained at a moisture content of 90% of field capacity than in samples with higher moisture contents. The reduction in moisture content in samples undergoing desiccation from above field capacity to much lower than field capacity enhanced the degradation of isoproturon (t(1/2) = 9-12 days) but reduced the rate of atrazine degradation (t(1/2) = 23-35-days). This demonstrates the variability between different micro-organisms in their susceptibility to desiccation. Under anaerobic conditions generated in anaerobic jars, atrazine degraded much more rapidly than isoproturon in materials taken from three soil profiles (0-250 cm depth). It is suggested that some specific micro-organisms are able to survive and degrade herbicide under severe conditions of desiccation. (C) 2004 Society of Chemical Industry.

Land degradation and vegetation distribution in Chott El Beida wetland, Algeria

The aim of this study is to explore the environmental factors that determine plant Community distribution in northeast Algeria. This paper provides a quantitative analysis of the vegetation-environment relationships for a study site in the Cholt El Beida wetland, a RAMSAR site in Setif, Algeria. Sixty vegetation plots were sampled and analysed using TWINSPAN and Detrended Correspondence Analysis (DCA) in order to identify the principal vegetation communities and determine the environmental gradients associated with these. 127 species belonging to 41 families and 114 genera were recorded. Six of the recorded species were endemic representing 4.7% of the total species. The richest families were Compositae, Gramineae, Cruciferae and Chenopodiaceae. Therophytes and hemicryptophytes were the most frequent life forms. the Mediterranean floristic element is dominant and is represented by 39 species. The samples were classified into four main community types. The principal DCA axes represent gradients of soil salinity, moisture and anthropogenic pressure. The use of classification in combination with ordination techniques resulted in a good discrimination between plant communities and a greater understanding of controlling environmental factors. The methodology adopted can be employed for improving baseline information on plant community ecology and distribution in often critically endangered Mediterranean wetland areas. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Recent habitat degradation in karstic Lake Uluabat, western Turkey: A coupled limnological-palaeolimnological approach

The Ramsar site of Lake Uluabat, western Turkey, suffers from eutrophication, urban and industrial pollution and water abstraction, and its water levels are managed artificially. Here we combine monitoring and palaeolimnological. techniques to investigate spatial and temporal limnological variability and ecosystem impact, using an ostracod and mollusc survey to strengthen interpretation of the fossil record. A combination of low invertebrate Biological Monitoring Working Party scores (<10) and the dominance of eutrophic diatoms in the modern lake confirms its poor ecological status. Palaeolimnological analysis of recent (last >200 yr) changes in organic and carbonate content, diatoms, stable isotopes, ostracods and molluscs in a lake sediment core (UL20A) indicates a 20th century trend towards increased sediment accumulation rates and eutrophication which was probably initiated by deforestation and agriculture. The most marked ecological shift occurs in the early 1960s, however. A subtle rise in diatom-inferred total phosphorus and an inferred reduction in submerged aquatic macrophyte cover accompanies a major increase in sediment accumulation rate. An associated marked shift in ostracod stable isotope data indicative of reduced seasonality and a change in hydrological input suggests major impact from artificial water management practices, all of which appears to have culminated in the sustained loss of submerged macrophytes since 2000. The study indicates it is vital to take both land-use and water management practices into account in devising restoration strategies. in a wider context, the results have important implications for the conservation of shallow karstic lakes, the functioning of which is still poorly understood. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Degradation and plant uptake of nonylphenol (NP) and nonylphenol-12-ethoxylate (NP12EO) in four contrasting agricultural soils

Nonylphenol polyethoxylates (NPEOs) are surfactants found ubiquitously in the environment due to widespread industrial and domestic use. Biodegradation of NPEOs produces nonylphenol (NP), an endocrine disruptor. Sewage sludge application introduces NPEOs and NP into soils, potentially leading to accumulation in soils and crops. We examined degradation of NP and nonyl phenol-12-ethoxylate (NP12EO) in four soils. NP12EO degraded rapidly (initial half time 0.3-5 days). Concentrations became undetectable within 70-90 days, with a small increase in NP concentrations after 30 days. NP initially degraded quickly (mean half time 11.5 days), but in three soils a recalcitrant fraction of 26-35% remained: the non-degrading fraction may consist of branched isomers, resistant to biodegradation. Uptake of NP by bean plants was also examined. Mean bioconcentration factors for shoots and seeds were 0.71 and 0.58, respectively. Removal of NP from the soil by plant uptake was negligible (0.01-0.02% of initial NP). Root concentrations were substantially higher than shoot and seed concentrations. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Influence of adsorption geometry in the heterogeneous enantioselective catalytic hydrogenation of a prototypical enone

Asymmetric catalysis is of paramount importance in organic synthesis and, in current practice, is achieved by means of homogeneous catalysts. The ability to catalyze such reactions heterogeneously would have a major impact both in the research laboratory and in the production of fine chemicals and pharmaceuticals, yet heterogeneous asymmetric hydrogenation of C═C bonds remains hardly explored. Very recently, we demonstrated how chiral ligands that anchor robustly to the surface of Pd nanoparticles promote asymmetric catalytic hydrogenation: ligand rigidity and stereochemistry emerged as key factors. Here, we address a complementary question: how does the enone reactant adsorb on the metal surface, and what implications does this have for the enantiodifferentiating interaction with the surface-tethered chiral modifiers? A reaction model is proposed, which correctly predicts the identity of the enantiomer experimentally observed in excess.

Use of fibrolytic enzymes to improve the nutritive value of ruminant diets - A biochemical and in vitro rumen degradation assessment

Two commercial enzyme products, Depol 40 (D) and Liquicell 2500 (L), were characterised from a biochemical standpoint and their potential to improve rumen degradation of forages was evaluated in vitro. Enzyme activities were determined at pH 5.5 and 39 degreesC. Analysis of the enzyme activities indicated that L contained higher xylanase and endoglucanase, but lower exoglucanase, pectinase and alpha-amylase activities than D. The Reading Pressure Technique (RPT) was used to investigate the effect of enzyme addition on the in vitro gas production (GP) and organic matter degradation (OMD) of alfalfa (Medicago sativa L.) stems and leaves. A completely randomised design with factorial arrangement of treatments was used. Both alfalfa fractions were untreated or treated with each enzyme at four levels, 20 h before incubation with rumen fluid. Each level of enzyme provided similar amounts of filter paper (D1, L1), endoglucanase (D2, L2), alpha-L-arabinofuranosidase (D3, L3) and xylanase units (D4, L4) per gram forage DM. Enzymes increased the initial OMD in both fractions, with improvements of up to 15% in leaves (D4) and 8% in stems (L2) after 12 h incubation. All enzyme treatments increased the extent of degradation (96 h incubation) in the leaf fractions, but only L2 increased final OMD in the stems. Direct hydrolysis of forage fractions during the pre-treatment period did not fully account for the magnitude of the increases in OMD, suggesting that the increase in rate of degradation was achieved through a combined effect of direct enzyme hydrolysis and synergistic action between the exogenous (applied) and endogenous (rumen) enzymes. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.