Molecular Cloning and Characterization of a Radial Spoke Head Protein of Sea Urchin Sperm Axonemes: Involvement of the Protein in the Regulation of Sperm Motility

Monoclonal antibodies raised against axonemal proteins of sea urchin spermatozoa have been used to study regulatory mechanisms involved in flagellar motility. Here, we report that one of these antibodies, monoclonal antibody D-316, has an unusual perturbating effect on the motility of sea urchin sperm models; it does not affect the beat frequency, the amplitude of beating or the percentage of motile sperm models, but instead promotes a marked transformation of the flagellar beating pattern which changes from a two-dimensional to a three-dimensional type of movement. On immunoblots of axonemal proteins separated by SDS-PAGE, D-316 recognized a single polypeptide of 90 kDa. This protein was purified following its extraction by exposure of axonemes to a brief heat treatment at 40°C. The protein copurified and coimmunoprecipitated with proteins of 43 and 34 kDa, suggesting that it exists as a complex in its native form. Using D-316 as a probe, a full-length cDNA clone encoding the 90-kDa protein was obtained from a sea urchin cDNA library. The sequence predicts a highly acidic (pI = 4.0) protein of 552 amino acids with a mass of 62,720 Da (p63). Comparison with protein sequences in databases indicated that the protein is related to radial spoke proteins 4 and 6 (RSP4 and RSP6) of Chlamydomonas reinhardtii, which share 37% and 25% similarity, respectively, with p63. However, the sea urchin protein possesses structural features distinct from RSP4 and RSP6, such as the presence of three major acidic stretches which contains 25, 17, and 12 aspartate and glutamate residues of 34-, 22-, and 14-amino acid long stretches, respectively, that are predicted to form α-helical coiled-coil secondary structures. These results suggest a major role for p63 in the maintenance of a planar form of sperm flagellar beating and provide new tools to study the function of radial spoke heads in more evolved species.

A family of genes required for maintenance of cell wall integrity and for the stress response in Saccharomyces cerevisiae

The PKC1–MPK1 pathway in yeast functions in the maintenance of cell wall integrity and in the stress response. We have identified a family of genes that are putative regulators of this pathway. WSC1, WSC2, and WSC3 encode predicted integral membrane proteins with a conserved cysteine motif and a WSC1–green fluorescence protein fusion protein localizes to the plasma membrane. Deletion of WSC results in phenotypes similar to mutants in the PKC1–MPK1 pathway and an increase in the activity of MPK1 upon a mild heat treatment is impaired in a wscΔ mutant. Genetic analysis places the function of WSC upstream of PKC1, suggesting that they play a role in its activation. We also find a genetic interaction between WSC and the RAS–cAMP pathway. The RAS–cAMP pathway is required for cell cycle progression and for the heat shock response. Overexpression of WSC suppresses the heat shock sensitivity of a strain in which RAS is hyperactivated and the heat shock sensitivity of a wscΔ strain is rescued by deletion of RAS2. The functional characteristics and cellular localization of WSC suggest that they may mediate intracellular responses to environmental stress in yeast.

Herpes simplex virus DNA packaging sequences adopt novel structures that are specifically recognized by a component of the cleavage and packaging machinery

The product of the herpes simplex virus type 1 UL28 gene is essential for cleavage of concatemeric viral DNA into genome-length units and packaging of this DNA into viral procapsids. To address the role of UL28 in this process, purified UL28 protein was assayed for the ability to recognize conserved herpesvirus DNA packaging sequences. We report that DNA fragments containing the pac1 DNA packaging motif can be induced by heat treatment to adopt novel DNA conformations that migrate faster than the corresponding duplex in nondenaturing gels. Surprisingly, these novel DNA structures are high-affinity substrates for UL28 protein binding, whereas double-stranded DNA of identical sequence composition is not recognized by UL28 protein. We demonstrate that only one strand of the pac1 motif is responsible for the formation of novel DNA structures that are bound tightly and specifically by UL28 protein. To determine the relevance of the observed UL28 protein–pac1 interaction to the cleavage and packaging process, we have analyzed the binding affinity of UL28 protein for pac1 mutants previously shown to be deficient in cleavage and packaging in vivo. Each of the pac1 mutants exhibited a decrease in DNA binding by UL28 protein that correlated directly with the reported reduction in cleavage and packaging efficiency, thereby supporting a role for the UL28 protein–pac1 interaction in vivo. These data therefore suggest that the formation of novel DNA structures by the pac1 motif confers added specificity on recognition of DNA packaging sequences by the UL28-encoded component of the herpesvirus cleavage and packaging machinery.

A Selaginella lepidophylla Trehalose-6-Phosphate Synthase Complements Growth and Stress-Tolerance Defects in a Yeast tps1 Mutant1

The accumulation of the disaccharide trehalose in anhydrobiotic organisms allows them to survive severe environmental stress. A plant cDNA, SlTPS1, encoding a 109-kD protein, was isolated from the resurrection plant Selaginella lepidophylla, which accumulates high levels of trehalose. Protein-sequence comparison showed that SlTPS1 shares high similarity to trehalose-6-phosphate synthase genes from prokaryotes and eukaryotes. SlTPS1 mRNA was constitutively expressed in S. lepidophylla. DNA gel-blot analysis indicated that SlTPS1 is present as a single-copy gene. Transformation of a Saccharomyces cerevisiae tps1Δ mutant disrupted in the ScTPS1 gene with S. lepidophylla SlTPS1 restored growth on fermentable sugars and the synthesis of trehalose at high levels. Moreover, the SlTPS1 gene introduced into the tps1Δ mutant was able to complement both deficiencies: sensitivity to sublethal heat treatment at 39°C and induced thermotolerance at 50°C. The osmosensitive phenotype of the yeast tps1Δ mutant grown in NaCl and sorbitol was also restored by the SlTPS1 gene. Thus, SlTPS1 protein is a functional plant homolog capable of sustaining trehalose biosynthesis and could play a major role in stress tolerance in S. lepidophylla.

Electric Signaling and Pin2 Gene Expression on Different Abiotic Stimuli Depend on a Distinct Threshold Level of Endogenous Abscisic Acid in Several Abscisic Acid-Deficient Tomato Mutants1

Experiments were performed on three abscisic acid (ABA)-deficient tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) mutants, notabilis, flacca, and sitiens, to investigate the role of ABA and jasmonic acid (JA) in the generation of electrical signals and Pin2 (proteinase inhibitor II) gene expression. We selected these mutants because they contain different levels of endogenous ABA. ABA levels in the mutant sitiens were reduced to 8% of the wild type, in notabilis they were reduced to 47%, and in flacca they were reduced to 21%. In wild-type and notabilis tomato plants the induction of Pin2 gene expression could be elicited by heat treatment, current application, or mechanical wounding. In flacca and sitiens only heat stimulation induced Pin2 gene expression. JA levels in flacca and sitiens plants also accumulated strongly upon heat stimulation but not upon mechanical wounding or current application. Characteristic electrical signals evolved in the wild type and in the notabilis and flacca mutants consisting of a fast action potential and a slow variation potential. However, in sitiens only heat evoked electrical signals; mechanical wounding and current application did not change the membrane potential. In addition, exogenous application of ABA to wild-type tomato plants induced transient changes in membrane potentials, indicating the involvement of ABA in the generation of electrical signals. Our data strongly suggest the presence of a minimum threshold value of ABA within the plant that is essential for the early events in electrical signaling and mediation of Pin2 gene expression upon wounding. In contrast, heat-induced Pin2 gene expression and membrane potential changes were not dependent on the ABA level but, rather, on the accumulation of JA.

Signals involved in wound-induced proteinase inhibitor II gene expression in tomato and potato plants.

Chemical and physical signals have been reported to mediate wound-induced proteinase inhibitor II (Pin2) gene expression in tomato and potato plants. Among the chemical signals, phytohormones such as abscisic acid (ABA) and jasmonic acid (JA) and the peptide systemin represent the best characterized systems. Furthermore, electrical and hydraulic mechanisms have also been postulated as putative Pin2-inducing systemic signals. Most of the chemical agents are able to induce Pin2 gene expression without any mechanical wounding. Thus, ABA, JA, and systemin initiate Pin2 mRNA accumulation in the directly treated leaves and in the nontreated leaves (systemic) that are located distal to the treated ones. ABA-deficient tomato and potato plants do not respond to wounding by accumulation of Pin2 mRNA, therefore providing a suitable model system for analysis of the signal transduction pathway involved in wound-induced gene activation. It was demonstrated that the site of action of JA is located downstream to the site of action of ABA. Moreover, systemin represents one of the initial steps in the signal transduction pathway regulating the wound response. Recently, it was reported that heat treatment and mechanical injury generate electrical signals, which propagate throughout the plant. These signals are capable of inducing Pin2 gene expression in the nontreated leaves of wounded plants. Furthermore, electrical current application to tomato leaves leads to an accumulation of Pin2 mRNA in local and systemic tissues. Examination of photosynthetic parameters (assimilation and transpiration rate) on several types of stimuli suggests that heat-induced Pin2 gene expression is regulated by an alternative pathway from that mediating the electrical current and mechanical wound response.

Determinação da tenacidade à fratura do aço aeronáutico 300M, submetido a diferentes parâmetros de tratamentos térmicos e criogenia, utilizando técnica de corpo cilíndrico com entalhe

Foi realizado estudo sobre a influência da variação de alguns parâmetros do tratamento térmico de têmpera e revenimento, bem como aplicação de criogenia, na tenacidade a fratura do aço aeronáutico 300M, com a utilização da técnica de corpo cilíndrico com entalhe. Primeiramente, realizou-se a construção da curva de transição dúctil frágil, através de ensaio Charpy, para amostras submetidas a três tratamentos térmicos, 1 - Têmpera seguida de Revenimento, 2 - Têmpera seguida de criogenia e revenimento. Não foi observada influência significativa da aplicação da criogenia (tratamento de numero 2) na curva de transição dúctil-frágil em comparação com o tratamento térmico número 1. Em um segundo momento, com o auxílio da técnica de ensaio de corpo cilíndrico com entalhe, realizou-se a medição da tenacidade à fratura das amostras do aço 300M submetido a quatro diferentes tratamento térmicos, Q, V, C e D. Os tratamentos variavam entre si principalmente pela temperatura de austenitização. Os valores de dureza para as amostras submetidas a criogenia (V e D) foram maiores que as dos tratamentos sem criogenia (Q e C), e também apresentaram tenacidade à fratura menor. Com relação à temperatura de austenitização, observou-se que os tratamentos C e D, austenitizados a 980°C, propiciaram a completa dissolução de precipitados primários da matriz, elevando a tenacidade à fratura com relação aos tratamentos realizados na faixa de 870°C, Q e V, superando também os efeitos negativos para a tenacidade à fratura devido ao aumento no tamanho de grão.

Estudo de propriedades de resinas compostas bulk fill

Diante da evolução da composição das resinas compostas e do lançamento de compósitos do tipo bulk fill, faz-se necessário o estudo do desempenho dessa nova classe de materiais. Para isso, o presente estudo teve como objetivo avaliar propriedades como grau de conversão (GC) , dureza Knoop (KHN), resistência à flexão (RF) e tenacidade à fratura (KIC) de sete compósitos bulk fill (EverX Posterior, EXP; Filtek Bulk Fill Flow, FBFF; Fill-Up!, FU; SonicFill, SF; Surefil SDR, SDR; Tetric EvoCeram Bulk Fill, TECBF; Venus Bulk Fill, VBF) e um compósito nanohíbrido convencional (Charisma Diamond, CD). De forma complementar, foi realizado tratamento térmico a 170 °C por 10 minutos para melhor compreensão do comportamento desses materiais quanto ao potencial de conversão e à indução de tensões na interface carga/matriz. A avaliação do GC (n=3) foi realizada através de espectroscopia FTIR, a leitura da dureza Knoop foi realizada nas superfícies do topo e da base (n=3), e os ensaios de RF de três pontos (n=10) e KIC (n=10) em máquina de ensaios universais. Os resultados obtidos foram submetidos à analise de variância (complementados pelo teste de Tukey) ou teste Kruskal-Wallis, com nível de significância de 5%. A análise do GC (%) revelou diferença entre os materiais testados, sendo que todas as resinas bulk fill apresentaram valores maiores que a resina convencional: SF (75,7) > VBF (66,7) = EXP (66,4) = SDR (62,8), sendo esta também semelhante a FU (60,0); FU, TECBF (56,6), FBFF (56,6) e CD (54,5) apresentaram conversão semelhante. Os valores de KHN variaram de acordo com o material e com a superfície: apenas SF apresentou KHN semelhante (na superfície do topo) a CD, entretanto não foi possível realizar a leitura da superfície da base deste último material; SF, TECBF e FBFF apresentaram valores de KHN diferentes nas superfícies topo e base; EXP, FU, SDR e VBF mantiveram os valores de dureza do topo semelhantes à superfície da base. Para a RF (MPa), os resultados variaram de acordo com o material: EXP (122,54) = SF (101,09) = CD (99,15), sendo estes dois últimos semelhantes a FU (83,86) e TECBF (82,71), os quais não diferiram da resina SDR (65,18); esta última também mostrou comportamento semelhante a FBFF (60,85) e VBF (59,90). Quanto ao KIC (MPa.mm0,5), EXP (3,35) apresentou o maior valor, semelhante a SF (2,42), que por sua vez também foi igual ao compósito convencional CD (2,01); CD apresentou KIC semelhante a SDR (1,74); SDR = VBF (1,59) = TECBF (1,57); TECBF, FU (1,54) e FBFF (1,37) apresentaram valores semelhantes. Na dependência do material, o tratamento térmico aumentou os valores dos parâmetros estudados, apontando limitações da reação de polimerização dos compósitos estudados. Com base nos resultados obtidos, podese concluir que: resinas bulk fill apresentam elevado GC, superior à resina convencional estudada; a nova classe de materiais restauradores é capaz de polimerizar em profundidade e alguns materiais apresentam KHN semelhantes no topo e na base de espécimes de 4 mm de profundidade; RF e KIC variaram de acordo com o material, e o compósito EXP apresentou os maiores valores para ambos os testes.

Caracterização físico-química e analítica de fibras capilares e ingredientes cosméticos para proteção

Com o aumento dos tratamentos químicos e/ou físicos nos cabelos aos quais são realizados mediante o uso de dispositivos térmicos, há uma maior preocupação a respeito dos danos causados aos cabelos por estes tipos de tratamentos. O conhecimento dos efeitos, benefícios e/ou malefícios, de ingredientes cosméticos em cabelos torna-se necessário, pois facilita a busca por produtos baseada no tipo de cabelo. O principal objetivo do trabalho foi a caracterização físico-química, analítica e térmica de mechas de cabelo de diferentes etnias (caucasiano, oriental e afro-étnico virgem e brasileiro virgem e descolorido) antes e após o uso de ingredientes cosméticos seguido de um tratamento térmico (utilizando piastra) e intercalando com lavagens. O estudo das amostras de cabelo e de uma amostra de queratina animal envolveu a utilização das técnicas de TG/DTG, DSC, análise elementar, FTIR, MEV e técnicas de avaliação de eficácia, como tensão/deformação, penteabilidade e quebra por escovação. A partir da TG/DTG, foi possível avaliar as etapas de decomposição térmica das amostras de cabelo virgem e de queratina animal e estas apresentaram um comportamento térmico semelhante entre si. O estudo cinético não isotérmico por TG mostrou que, dos diferentes tipos de amostras de cabelo virgem, o afro-étnico apresentou menor estabilidade térmica e o oriental foi o mais estável termicamente. Os resultados de DSC corroboraram os obtidos por TG, demonstrando que a amostra de cabelo afro-étnico apresentou temperatura de desnaturação térmica das cadeias de α-queratina menor (TD = 223°C) do que as amostras dos outros tipos de cabelo (TD = 236°C). As mechas de cabelo virgem e clareadas foram tratadas com formulações cosméticas contendo silicones e avaliadas quanto a eficiência destes na proteção térmica dos cabelos. Algumas delas mostraram eficiência na proteção térmica das cadeias de α-queratina, diminuindo o seu grau de desnaturação. Foi possível observar que a associação do calor da piastra com as lavagens sucessivas causou danos tanto à cutícula (conforme resultados de FTIR e MEV), como também, ao córtex dos cabelos (conforme resultados de DSC). Em alguns casos, os danos causados foram tão graves que as camadas mais superficiais da cutícula sofreram descamações. O estudo mostrou, também, que a eficiência da proteção térmica nos cabelos depende do tipo da formulação cosmética em que estes protetores estão incorporados e do estado em que os cabelos se encontram. A DSC permitiu a avaliação da modificação termicamente induzida das cadeias de α-queratina e sua posterior desnaturação. O estudo envolvendo a associação das diferentes técnicas apresentou-se viável na avaliação tanto dos danos causados aos cabelos quanto na eficiência dos ingredientes cosméticos na proteção térmica dos mesmos.

Efeitos da soldagem por laser de fibra de Yb na microestrutura do compósito A356/SiCp

Materiais compósitos são projetados e fabricados para várias aplicações de alto desempenho, incluindo componentes para os segmentos automobilístico, aeroespacial, aeronáutico, naval, de defesa, de óleo e gás, energia eólica e até equipamentos esportivos. Porém, a união por soldagem de Compósitos de Matriz Metálica de Alumínio (Al-CMM) ainda é um grande obstáculo para a maior disseminação desta classe de materiais estruturais. As mudanças microestruturais decorrentes do ciclo de soldagem e/ou do tratamento térmico afetam sensivelmente as propriedades mecânicas e físico-químicas finais da junta e do metal base nas proximidades de mesma, daí a importância de se estudar a evolução microestrutural que prospera nestas etapas. O presente trabalho caracterizou a microestrutura do compósito liga-A356/SiCp soldado por laser de fibra de Itérbio, empregando-se nessa tarefa técnicas de microscopia óptica, radiografia e microscopia eletrônica de varredura, assim como difração de raios-X e de elétrons retroespalhados, ensaio instrumentado de dureza e microtomografia computadorizada. O foco das análises realizadas restringiu-se à geometria dos cordões de solda, à expulsão de SiC particulado da zona soldada, à volatilização de elementos químicos da poça de soldagem, à formação de precipitados fragilizantes de Al4SiC4 em formato de agulhas no cordão de solda e à determinação das regiões com concentração de poros, todos estes fenômenos tendo efeitos nocivos, em maior ou menor extensão, no desempenho global da junta do Al-CMM soldada a laser, notadamente em suas propriedades mecânicas e eletroquímicas.

Avaliação da influência de aplicação de vibração mecânica na microestrutura e em características mecânicas de juntas do aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo FCAW

O aço inoxidável martensítico ASTM A743 CA6NM é utilizado para produzir componentes especiais para turbinas hidráulicas, devido às suas boas propriedades mecânicas combinadas com alta resistência à corrosão e cavitação e uma boa soldabilidade. As turbinas hidráulicas são produzidas por meio de múltiplos passes de solda em peças espessas obtidas por fundição. Durante a operação, estes componentes estão sujeitos à erosão por cavitação e trincas em regiões tensionadas, que são reparados também por meio de soldagem. Após o processo de soldagem, um tratamento térmico pós-soldagem é comumente utilizado para aliviar as tensões residuais. Porém, existem dificuldades significativas para a realização de tratamento térmico nas turbinas hidráulicas, tais como a complexidade da geometria de solda, a possibilidade de distorção no caso de quaisquer cargas mecânicas, dificuldade em aquecer simetricamente, e também o tratamento térmico pode causar degradação das propriedades do material. Assim, existe um grande interesse no desenvolvimento de procedimentos de soldagem que elevem a tenacidade ao impacto e evitem o tratamento térmico pós-soldagem. Neste trabalho, a aplicação de vibrações mecânicas durante e após a soldagem para aliviar tensões residuais foram avaliadas em juntas de aço inoxidável martensítico CA6NM soldadas pelo processo Flux Cored Arc Welding (FCAW). A utilização de vibrações mecânicas para reduzir e redistribuir as tensões residuais das estruturas soldadas através da aplicação de carga vibratória pode gerar muitos benefícios. Testes de impacto Charpy (-20 °C), ensaios de tração e dobramento foram realizados conforme ASME IX, e perfis de microdureza nas diferentes regiões da solda foram conduzidos para a caracterização mecânica das juntas soldadas. A caracterização microestrutural foi realizada utilizando difração de raios X, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados de propriedades mecânicas das amostras vibradas atenderam as exigências especificadas por norma, na qual o processo com tratamento térmico é recomendado para a soldagem deste tipo de aço, visando atingir os níveis de tenacidade do material original. Com relação à microestrutura não foram observados alterações significativas para as amostras vibradas em comparação com a condição \"como soldado\", porém para a condição com tratamento térmico pós-soldagem foi observado uma pequena quantidade de austenita retida, que são precipitadas após o tratamento térmico e permanecem finamente distribuídas após o resfriamento e auxiliam no ganho de tenacidade das juntas soldadas.

Stabilisation of low softening point petroleum pitch fibres by HNO3

This paper deals with the stabilisation of low softening point pitch fibres obtained from petroleum pitches using HNO3 as oxidising agent. This method presents some advantages compared with conventional methods: pitches with low softening point (SP) can be used to prepare carbon fibres (CF), the stabilisation time has been reduced, the CF yields are similar to those obtained after general methods of stabilisation, and the initial treatments to increase SP when low SP pitches are used to prepare CF, are avoided. The parent pitches were characterised by different techniques such as diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS), elemental analysis and solvent extraction with toluene and quinoline. The interaction between HNO3 and the pitch fibres, as well as the changes occurring during the heat treatment, have been followed by DRIFTS.

Isotropic petroleum pitch as a carbon precursor for the preparation of activated carbons by KOH activation

Results show that it is possible to activate a low softening point isotropic petroleum pitch, without intermediate pre-treatments, by chemical activation with KOH. The chemical activation is carried out by direct heat treatment of a mixture of the isotropic pitch and KOH. It produces activated carbons (ACs) with micropore volumes as high as 1.12 cm3/g, and BET surface areas around 3000 m2/g. The activating agent/precursor ratios studied (from 1/1 to 4/1; wt./wt.) show, as expected, that increasing the ratio enhances the adsorption characteristics of the resulting AC.

New insights on the direct activation of isotropic petroleum pitch by alkaline hydroxides

The paper provides interesting evidences that a low softening point isotropic petroleum pitch can be used as a good carbon precursor for the preparation of activated carbons. The activation is carried out by KOH and/or NaOH and the resulting activated carbons present well developed porosity. Such hydroxide activations can be done directly on the pristine petroleum pitch (P) or on the pitch that has been submitted to an air stabilisation followed by a N2 heat treatment (TAN). In general, KOH activation produces better results than NaOH, both in terms of porosity and yield, the results obtained for the activation of TAN being impressive because of the good porosity developments and high yields reached. The different treatments carried out over the petroleum pitch precursor clearly show that they significantly influence the extent of microporosity development. This is due to different changes occurring in the porous structure of the precursor as a function of the treatment carried out. The efficiency of the activation process increases as the mesophase content of the precursor decreases, as well as the mesophase formation during the activation process is avoided.

Production of nanoTiC–graphite composites using Ti-doped self-sintering carbon mesophase powder

This work reports the synthesis of nanoTiC–graphite composites using mesophase pitch containing titanium as TiC or TiO2 nanoparticles. NanoTiC–graphite composites have been prepared using Ti-doped self-sintering mesophase powders as starting materials without using any binders or a metal carbide-carbon mixing stage. The effect of manufacture variables on the graphite compacts properties was studied. Graphites were characterised using XRD and Raman spectroscopy, SEM and TEM, as well as by their mechanical, electrical and thermal properties. The presence of TiC promotes graphitisation producing materials with larger crystal sizes. The kind of titanium source and mesophase content of the starting pitch affects to the final properties. Mesophase pitch with higher amount of mesophase content produces graphites with higher degree of graphitisation. The incorporation of TiC nanoparticles to the graphites composites improved thermal conductivity more than four times, and mechanical properties are not significantly modified by the presence of TiC.