Proton magnetic resonance studies of ribonucleic acid complexes. I. Complexes of biological bases and oligonucleotides with RNA. II. Template recognition and the degeneracy of the genetic code

Part I. Complexes of Biological Bases and Oligonucleotides with RNA

The physical nature of complexes of several biological bases and oligonucleotides with single-stranded ribonucleic acids have been studied by high resolution proton magnetic resonance spectroscopy. The importance of various forces in the stabilization of these complexes is also discussed.

Previous work has shown that purine forms an intercalated complex with single-stranded nucleic acids. This complex formation led to severe and stereospecific broadening of the purine resonances. From the field dependence of the linewidths, T₁ measurements of the purine protons and nuclear Overhauser enhancement experiments, the mechanism for the line broadening was ascertained to be dipole-dipole interactions between the purine protons and the ribose protons of the nucleic acid.

The interactions of ethidium bromide (EB) with several RNA residues have been studied. EB forms vertically stacked aggregates with itself as well as with uridine, 3'-uridine monophosphate and 5'-uridine monophosphate and forms an intercalated complex with uridylyl (3' → 5') uridine and polyuridylic acid (poly U). The geometry of EB in the intercalated complex has also been determined.

The effect of chain length of oligo-A-nucleotides on their mode of interaction with poly U in D₂0 at neutral pD have also been studied. Below room temperatures, ApA and ApApA form a rigid triple-stranded complex involving a stoichiometry of one adenine to two uracil bases, presumably via specific adenine-uracil base pairing and cooperative base stacking of the adenine bases. While no evidence was obtained for the interaction of ApA with poly U above room temperature, ApApA exhibited complex formation of a 1:1 nature with poly U by forming Watson-Crick base pairs. The thermodynamics of these systems are discussed.

Part II. Template Recognition and the Degeneracy of the Genetic Code

The interaction of ApApG and poly U was studied as a model system for the codon-anticodon interaction of tRNA and mRNA in vivo. ApApG was shown to interact with poly U below ~20°C. The interaction was of a 1:1 nature which exhibited the Hoogsteen bonding scheme. The three bases of ApApG are in an anti conformation and the guanosine base appears to be in the lactim tautomeric form in the complex.

Due to the inadequacies of previous models for the degeneracy of the genetic code in explaining the observed interactions of ApApG with poly U, the "tautomeric doublet" model is proposed as a possible explanation of the degenerate interactions of tRNA with mRNA during protein synthesis in vivo.

Prediction of Multi-Target Networks of Neuroprotective Compounds with Entropy Indices and Synthesis, Assay, and Theoretical Study of New Asymmetric 1,2-Rasagiline Carbamates

In a multi-target complex network, the links (L-ij) represent the interactions between the drug (d(i)) and the target (t(j)), characterized by different experimental measures (K-i, K-m, IC50, etc.) obtained in pharmacological assays under diverse boundary conditions (c(j)). In this work, we handle Shannon entropy measures for developing a model encompassing a multi-target network of neuroprotective/neurotoxic compounds reported in the CHEMBL database. The model predicts correctly >8300 experimental outcomes with Accuracy, Specificity, and Sensitivity above 80%-90% on training and external validation series. Indeed, the model can calculate different outcomes for >30 experimental measures in >400 different experimental protocolsin relation with >150 molecular and cellular targets on 11 different organisms (including human). Hereafter, we reported by the first time the synthesis, characterization, and experimental assays of a new series of chiral 1,2-rasagiline carbamate derivatives not reported in previous works. The experimental tests included: (1) assay in absence of neurotoxic agents; (2) in the presence of glutamate; and (3) in the presence of H2O2. Lastly, we used the new Assessing Links with Moving Averages (ALMA)-entropy model to predict possible outcomes for the new compounds in a high number of pharmacological tests not carried out experimentally.

Synopses of biological data on eight species of scombrids

In 1979 at the request of the Comision Permanente del Pacifico Sur, staff members of the Inter-American Tropical Tuna Commission prepared synopses of eight species of scombrid fishes. These are to be published in Spanish in Revista de la Comision Permanente del Pacifico Sur, number 11, in 1980. This volume contains English versions of those synopses. The Spanish and English versions are not identical, however, the latter having been updated and somewhat modified after the Spanish versions were submitted for publication. These synopses follow closely the format prepared by Rosa (1965) for the synopses to be published by the Food and Agriculture Organization of the United Nations and cooperating organizations. However, instead of preparing detailed taxonomic reviews of the individual species, the taxonomic information for all of the scombrids and billfishes has been put into a separate chapter.

Uncovering the role of free volume in biomaterials and biological matter

134 p.

Efeito da 1,10-fenantrolina e seus derivados complexados em metal na atividade proteolítica de Leishmania braziliensis

Leishmanioses são um grupo de doenças com um largo espectro de manifestações clínicas, as quais variam desde lesões cutâneas até o envolvimento visceral severo, podendo levar ao óbito. A leishmaniose é, ainda hoje, uma doença negligenciada, estando entre os agravos prioritários do programa de pesquisa sobre doenças da pobreza da Organização Mundial da Saúde (OMS). Além de não haver vacinas disponíveis, a terapia é baseada em medicamentos injetáveis que causam sérios efeitos colaterais, tornando o tratamento inviável para muitos países endêmicos. Drogas derivadas de metal representam um novo arsenal terapêutico antimicrobiano e anti-câncer. Os inibidores de peptidase/agentes quelantes tais como 1,10-fenantrolina e seus derivados, no estado livre de metal ou como ligantes com metais de transição, interferem com a função de vários sistemas biológicos. Em trabalhos anteriores, nosso grupo descreveu que o parasito L. braziliensis produziu moléculas gp63 sensíveis a 1,10-fenantrolina. No presente trabalho, demonstramos a distribuição celular da molécula gp63 em uma cepa virulenta de L. braziliensis por meio de análises bioquímicas e imuno-histoquímica. Depois disso, relatamos os efeitos inibitórios de três compostos derivados da 1,10-fenantrolina, 1,10-fenantrolina-5,6-diona (phendio), [Cu(phendio)2] e [Ag(phendio)2], nas atividades metalopeptidases celulares e extracelulares produzidas por promastigotas de L. braziliensis, bem como as suas ações sobre a viabilidade do parasita e na interação com as células de macrófagos murinos. As moléculas gp63 foram detectadas em compartimentos de parasitos, incluindo membrana citoplasmatica e bolsa flagelar. O tratamento de promastigotas de L. braziliensis durante 1 hora com 1,10-fenantrolina e seus derivados resultou numa inibição significativa da viabilidade celular e mostrou um mecanismo de ação irreversível. Estes inibidores de metalopeptidases induziram apoptose em promastigotas de L. braziliensis, demonstrada através da marcação com anexina/iodeto de propídio e ensaio TUNEL. O pré-tratamento de promastigotas com os inibidores de metalopeptidases induziram uma diminuição na expressão de moléculas de superfície gp63, assim como uma redução significativa no índice de associação com macrófagos. Em paralelo, macrófagos infectados com L. braziliensis e tratados com 1,10-fenantrolina e seus derivados promoveram uma potente redução sobre o número de amastigotas intracelulares. O tratamento de macrófagos com 1,10-fenantrolina e seus derivados não induziram o aumento de óxido nítrico. A ação combinatória sobre a capacidade de crescimento entre os compostos derivados da 1,10-fenantrolina e Glucantime, quando ambos foram utilizados em concentracões sub-inibidoras, também foi observada. In vivo os compostos derivados da 1,10-fenantrolina e seus drivados foram capazes de controlar o tamanho das lesões a partir da terceira semana de tratamento em relação ao controle não tratado em hamsters infectados quando administrado por via intraperitoneal. Os animais tratados com os compostos apresentaram maior resposta intradérmica (DTH) aos antígenos de L. braziliensis. Coletivamente, a 1,10-fenantrolina e seus derivados metálicos apresentam uma nova perspectiva de estudos para o desenvolvimento de novos fármacos anti-L. braziliensis

Resposta adaptativa e efeitos das substâncias oxidantes - K2TeO3, H2O2 e paraquate - na produção de biofilme de amostras de Corynebacterium diphtheriae isolados de origens diversas

A difteria é uma doença imunoprevinível que permanece endêmica em diversas regiões do mundo. Além dos casos de difteria clássica, doenças invasivas como endocardite, osteomielite, pneumonia e infecções relacionadas à cateter, tem acometido indivíduos adultos parcialmente imunizados. A natureza multifatorial dos fatores de virulência que favorecem a formação de biofilme e sobrevivência em macrófagos tem sido evidenciada para o Corynebacterium diphtheriae. Entretanto, escassos são os trabalhos que investigaram a influência de condições ambientais na virulência do patógeno. Uma vez que agentes oxidantes são capazes de gerar radicais livres e levar ao estresse oxidativo que, consequentemente, podem resultar em resposta adaptativa e influenciar na formação do biofilme e na virulência bacteriana, o presente trabalho teve como objetivo geral avaliar os efeitos do peróxido de hidrogênio (H2O2), paraquate e telurito de potássio (K2TeO3) em propriedades biológicas de cepas de C. diphtheriae de origens diversas. Os resultados demonstraram que as amostras de C. diphtheriae apresentaram níveis de resistência ao K2TeO3, H2O2 e paraquate, porém em intensidades variadas e independentes da capacidade de produção da toxina diftérica. Algumas amostras, toxinogênicas ou não, isoladas do trato respiratório superior demonstraram resposta adaptativa para H2O2 passando, portanto, a expressar resistência aumentada após uma prévia exposição ao referido agente oxidante. C. diphtheriae não exibiu respostas adaptativas para o K2TeO3 e paraquate. C. diphtheriae foi capaz de produzir biofilme na superfície de substratos abióticos de natureza hidrofílica (vidro) e hidrofóbica (poliestireno) na presença de agentes oxidantes K2TeO3, H2O2 e paraquate. A presença dos agentes oxidantes influenciou na formação de biofilme de algumas amostras. O paraquate inibiu a produção de biofilme de todas amostras. A amostra TR241 teve a produçao de biofilme inibida na presença dos três agentes oxidantes analisados. Por outro lado, a presença de H2O2 e do K2TeO3 estimulou a produção de biofilme de algumas amostras. Para todas as amostras de C. diphtheriae testadas, independentes das origens, biotipos e da capacidade de produção de toxina diftérica, os ensaios moleculares indicaram a presença de sequências gênicas cromossômicas homólogas, codificadores da proteína DIP 0906 (TeR) e da proteína DIP 1421 (OxyR), envolvidos na resistência ao telurito e na proteção contra o estresse oxidativo, respectivamente. Não foi observada correlação da suscetibilidade e a resposta adaptativa aos agentes oxidantes com as diferentes características bacterianas: origem, sítio de isolamento, produção de toxina diftérica, metabolização de sacarose e produção de biofilme. Em conclusão, o estresse oxidativo foi capaz de influenciar fatores de virulência do C. diphtheriae, como a capacidade de produçao de biofilme, que podem estar contribuindo para a patogenia da difteria clássica assim como de doenças invasivas causadas por cepas atoxinogênicas.

Use of biological reference points for the conservation of atlantic salmon (Salmo salar L.)in the River Lune, North West England.

This paper deals with the development and use of biological reference points for salmon conservation on the River Lune, England. The Lune supports recreational and net fisheries with annual catches in the region of 1,000 and 1356 salmon respectively. Using models transported from other river systems, biological reference points exclusive to the Lune were developed; specifically the number of eggs deposited and carrying capacity estimates for age 0+ and 1+ parr. The conservation limit was estimated at 11.9 million eggs and between 1989 and 1998 was exceeded in two years. Comparison of juvenile salmon densities in 1991 and 1997 with estimates of carrying capacity indicated that 0+ and 1+ parr densities were at around 60 % of carrying capacity and may relate to the number of eggs deposited in 1990 and 1996 being approximately 70% of the target value. The paper discusses the management actions taken in order to ensure that the management target of the conservation limit being met four years out of five is delivered. It also discusses the balance between conservation and exploitation and the socio-economic decisions made in order to ensure parity of impacts on the rod and net fisheries. The regulations have been enforced since 1999 and the paper concludes with an assessment of the actions taken to deliver the management targets, over the last five years.

Estudo do reparo das lesões induzidas no DNA de Escherichia coli pela radiação ultravioleta C (UVC)

Didaticamente, podemos dividir o espectro da radiação ultravioleta (UV) em três faixas: UVA (400 a 320 nm), UVB (320 a 290 nm) e UVC (290 a 100 nm). Apesar do UVC ou UV-curto ser eficientemente filtrado pela camada de ozônio da Terra e sua atmosfera, este é uma das faixas do espectro de UV mais usadas para explorar as consequências de danos causados ao DNA, já que a letalidade induzida por este agente está relacionada aos danos diretos no genoma celular, como as lesões dímero de pirimidina, que são letais se não reparadas. Contudo, demonstrou-se que a radiação UVC pode gerar espécies reativas de oxigênio (ERO), como o oxigênio singleto (1O2). Embora, o radical hidroxil (OH) cause modificações oxidativas nas bases de DNA, alguns trabalhos indicam que o 1O2 também está envolvido nos danos oxidativos no DNA. Esta ERO é produzida por vários sistemas biológicos e reações fotossensibilização, quando cromóforos são expostos à luz visível ou são excitados pela luz UV, permitindo que essa energia possa ser transferida para o oxigênio sendo convertido em 1O2, que é conhecido por modificar resíduos de guanina, gerando 8-oxoG, que caso não seja reparada pode gerar uma transversão GC-TA. O objetivo deste trabalho foi o de elucidar a participação de ERO nos efeitos genotóxicos e mutagênicos gerados pela radiação UVC, assim como as enzimas envolvidas no processo de reparação destas lesões em células de Escherichia coli. Nos ensaios as culturas foram irradiadas com o UVC (254 nm; 15W General Electric G15T8 germicidal lamp, USA). Nossos resultados mostram que o uso de quelantes de ferro não alterou a letalidade induzida pelo UVC. A azida sódica, um captador de 1O2, protegeu as cepas contra os danos genotóxicos gerados pelo UVC e também diminuiu a frequência de mutações induzidas no teste com rifampicina. A reversão específica GC-TA foi induzida mais de 2,5 vezes no ensaio de mutagênese. A cepa deficiente na proteína de reparo Fpg, enzima que corrige a lesão 8-oxoG, apresentou menos quebras no DNA do que a cepa selvagem no ensaio de eletroforese alcalina. A letalidade induzida pelo UVC foi aumentada nos mutantes transformados com o plasmídeo pFPG, ao mesmo tempo que representou uma redução na indução mutagênica. Houve dimuição na eficiência de transformação com plasmídeo pUC 9.1 na cepa fpg quando comparado a cepa selvagem. Assim como, um aumento da sensibilidade ao UVC na associação entre mutantes fpg e uvrA. Estes resultados mostram que o 1O2 participa dos danos induzidos pelo UVC, através da geração da lesão 8-oxoG, uma lesão mutagênica, que é reparada pela proteína Fpg

Ensaios dinâmicos de biossorção de cobre com macroalgas em leitos-fixos contendo materiais adsorventes de natureza não-biológica

A biossorção é o termo aplicado à tecnologia de adsorção de íons metálicos em solução, por meio de materiais de natureza biológica inativa, comparável à adsorção utilizando-se adsorventes convencionais. A biossorção depende da temperatura, pH, concentração inicial do íon metálico, e tipo de biosorvente. O objetivo principal dessa dissertação é estudar e comparar os processos de adsorção de cobre iônico a partir de soluções aquosas utilizando Sargassum sp., alginato de cálcio úmido e desidratado e carvão ativo em pó e granular, em regime de batelada e contínuo. O alginato de cálcio foi preparado através de uma solução 4% (m/v) de alginato de sódio gotejada em solução 37% (m/v) de cloreto de cálcio dihidratado. O alginato de cálcio apresentou uma umidade de 89% após secagem em estufa a 100C por 24 horas. Os parâmetros da biossorção foram fixados em: a dose de adsorventes de 2 g/L; a temperatura em 30C; pH da solução em 5,0; e velocidade de rotação da chapa rotatória em 150 rpm. Para os estudos de cinética e equilíbrio, os ensaios foram feitos em regime de batelada. Nos ensaios cinéticos para duas concentrações medias (0,16 e 3,15 mmol/L) variou-se o tempo de contato (1 a 120 min) para se atingir o equilíbrio. Nos ensaios de equilíbrio variou-se as concentrações (0,16 a 15,72 mmol/L) utilizando o tempo de equilíbrio determinado nos ensaios cinéticos. Foram utilizadas duas modelagens cinéticas (a de pseudo-primeira ordem e a de segunda ordem) e duas modelagens do equilíbrio (Langmuir e Freundlich). O modelo cinético de segunda ordem ajustou melhor os resultados. O tempo de equilíbrio para adsorção do cobre foi de 60 minutos para Sargassum sp. e pellets de alginatos de cálcio úmido e desidratado. Para os carvões ativos os tempos de equilíbrio para a adsorção do cobre foram mais rápidos, mas a capacidade de remoção do cobre foram muito baixas. Com base nos resultados desfavoráveis obtidos para os carvões ativos eles foram descartados para se prosseguir com os ensaios de equilíbrio. A isoterma de Freundlich melhor ajusta os dados experimentais para Sargassum sp. e alginato de cálcio úmido. A capacidade de adsorção máxima calculada pelo modelo de Freundlich: na concentração de equilíbrio de 11,66 0,06 mmol/L foi de 1,97 0,07 mmol/g para Sargassum sp.; e na concentração de equilíbrio de 12,12 0,03 mmol/L foi de 1,69 0,04 mmol/g para alginato de cálcio úmido. O processo de biossorção em regime contínuo, com alturas de leito variável de 10 a 40 cm, teve melhor desempenho com a altura de 40 cm. Em regime de batelada, o desempenho da Sargassum sp. foi superior ao dos alginatos de cálcio (úmido melhor que o desidratado), que por sua vez foram superiores ao desempenho dos carvões ativos em pó e granular (em pó melhor que o granular). O sistema contínuo com concentração inicial de cobre de 8,5 mmol/L deve ser operado com altura de leito igual ou superior a 40 cm, ou com sistemas multicolunas para soluções mais concentradas

Biological report - fish mortality, River Conder, 21.7.79

Following a large scale fish mortality caused by a considerable spillage of a pentachlbrophenol-based disinfectant from a mushroom farm, a biological survey of the river Conder was undertaken on 23.7.79. A spillage of this same make of disinfectant from this mushroom farm in February 1976 caused a similar large scale fish mortality. On that occasion, the pollution appeared to have little effect on the benthic invertebrates of the river Conder, with no dead organisms found, although the small beck which received the spillage was quite badly affected. This recent spillage of disinfectant involved a considerably greater volume (approximately 900 gallons) than the 1976 discharge and so this report looks at whether invertebrate fauna of the main river were affected on this occasion. Kick samples were taken at a number of sites in the river Conder from the confluence with the polluted beck to Conder Green. A control sample was also taken upstream of the confluence with the polluted beck. All samples were examined on site and live and dead invertebrates noted and identified as accurately as possible.

Species compositions of elasmobranchs caught by three different commercial fishing methods off southwestern Australia, and biological data for four abundant bycatch species

Commercial catches taken in southwestern Australian waters by trawl fisheries targeting prawns and scallops and from gillnet and longline fisheries targeting sharks were sampled at different times of the year between 2002 and 2008. This sampling yielded 33 elasmobranch species representing 17 families. Multivariate statistics elucidated the ways in which the species compositions of elasmobranchs differed among fishing methods and provided benchmark data for detecting changes in the elasmobranch fauna in the future. Virtually all elasmobranchs caught by trawling, which consisted predominantly of rays, were discarded as bycatch, as were approximately a quarter of the elasmobranchs caught by both gillnetting and longlining. The maximum lengths and the lengths at maturity of four abundant bycatch species, Heterodontus portusjacksoni, Aptychotrema vincentiana, Squatina australis, and Myliobatis australis, were greater for females than males. The L50 determined for the males of these species at maturity by using full clasper calcification as the criterion of maturity did not differ significantly from the corresponding L50 derived by using gonadal data as the criterion for maturity. The proportions of the individuals of these species with lengths less than those at which 50% reach maturity were far greater in trawl samples than in gillnet and longline samples. This result was due to differences in gear selectivity and to trawling being undertaken in shallow inshore waters that act as nursery areas for these species. Sound quantitative data on the species compositions of elasmobranchs caught by commercial fisheries and the biological characteristics of the main elasmobranch bycatch species are crucial for developing strategies for conserving these important species and thus the marine ecosystems of which they are part.

Multiple stable reference points in oyster populations: biological relationships for the eastern oyster (Crassostrea virginica) in Delaware Bay

Abstract—In the first of two companion papers, a 54-yr time series for the oyster population in the New Jersey waters of Delaware Bay was analyzed to develop biological relationships necessary to evaluate maximum sustainable yield (MSY) reference points and to consider how multiple stable points affect reference point-based management. The time series encompassed two regime shifts, one circa 1970 that ushered in a 15-yr period of high abundance, and a second in 1985 that ushered in a 20-yr period of low abundance. The intervening and succeeding periods have the attributes of alternate stable states. The biological relationships between abundance, recruitment, and mortality were unusual in four ways. First, the broodstock–recruitment relationship at low abundance may have been driven more by the provision of settlement sites for larvae by the adults than by fecundity. Second, the natural mortality rate was temporally unstable and bore a nonlinear relationship to abundance. Third, combined high abundance and low mortality, though likely requiring favorable environmental conditions, seemed also to be a self-reinforcing phenomenon. As a consequence, the abundance –mortality relationship exhibited both compensatory and depensatory components. Fourth, the geographic distribution of the stock was intertwined with abundance and mortality, such that interrelationships were functions both of spatial organization and inherent populatio