Fluctuations of redox conditions across the Permian–Triassic boundary : new evidence from the GSSP section in Meishan of South China

Oceanic anoxia has long been considered as one of the main causes for the end-Permian mass extinction. However, the results obtained by different researchers are rather divergent from different sections, or even on the same section using the same redox proxy. This study aims to examine the causes for some of these divergent results using high-resolution pyrite framboid sampling at the Meishan GSSP section in South China. Detailed microfacies analysis shows that the uppermost Late Permian strata comprises two significantly different sedimentary facies: one characterized by silicious muddy limestone and recognized as representing autochthonous background sediments; the other distinguished by bioclastic grainstone, interpreted to be allochthonous in origin and have been transported from the nearby platform margin. These two different sedimentary facies represent two distinctly different redox conditions. Together with the facies analysis, a statistical analysis of pyrite framboids was carried out to evaluate the redox evolution across the Permian-Triassic boundary. Abundant framboids with average diameters of about 6μm are found in background sediments beneath the extinction boundary, indicating generally anoxic bottom water conditions. But this condition was punctuated by transient intervals of rapid oxygenation interpreted to have been caused by intrusion of intermittent turbidity flows. Our study also showed that anoxic conditions persisted into the immediate aftermath of the mass extinction, thereafter it was quickly followed by a relatively long period of oxic conditions (with rare framboids). However, the redox conditions returned to anoxia (with abundant pyrite framboids averaging about 5μm in diameter), accompanied by a rapid global transgression. The oxygenation manifested near the Permian-Triassic boundary coincides with the negative excursion of carbon isotope. This would imply that, contrary to previous interpretations, this great δ13C negative excursion was probably not caused by the upwelling of anoxic deep ocean waters.

Muscle redox signalling pathways in exercise. Role of antioxidants

Recent research highlights the importance of redox signalling pathway activation by contraction-induced reactive oxygen species (ROS) and nitric oxide (NO) in normal exercise-related cellular and molecular adaptations in skeletal muscle. In this review, we discuss some potentially important redox signalling pathways in skeletal muscle that are involved in acute and chronic responses to contraction and exercise. Specifically, we discuss redox signalling implicated in skeletal muscle contraction force, mitochondrial biogenesis and antioxidant enzyme induction, glucose uptake and muscle hypertrophy. Furthermore, we review evidence investigating the impact of major exogenous antioxidants on these acute and chronic responses to exercise. Redox signalling pathways involved in adaptive responses in skeletal muscle to exercise are not clearly elucidated at present, and further research is required to better define important signalling pathways involved. Evidence of beneficial or detrimental effects of specific antioxidant compounds on exercise adaptations in muscle is similarly limited, particularly in human subjects. Future research is required to not only investigate effects of specific antioxidant compounds on skeletal muscle exercise adaptations, but also to better establish mechanisms of action of specific antioxidants in vivo. Although we feel it remains somewhat premature to make clear recommendations in relation to application of specific antioxidant compounds in different exercise settings, a bulk of evidence suggests that N-acetylcysteine (NAC) is ergogenic through its effects on maintenance of muscle force production during sustained fatiguing events. Nevertheless, a current lack of evidence from studies using performance tests representative of athletic competition and a potential for adverse effects with high doses (>70 mg/kg body mass) warrants caution in its use for performance enhancement. In addition, evidence implicates high dose vitamin C (1 g/day) and E (≥260 IU/day) supplementation in impairments to some skeletal muscle cellular adaptations to chronic exercise training. Thus, determining the utility of antioxidant supplementation in athletes likely requires a consideration of training and competition periodization cycles of athletes in addition to type, dose and duration of antioxidant supplementation.

Mechanistic Importance of Redox Potentials and Conformational Flexibility in Electron-Transferring Flavoproteins

The mitochondrial matrix flavoproteins electron transfer flavoprotein (ETF) and electron transfer flavoprotein-ubiquinone oxidoreductase (ETF-QO) are responsible for linking fatty acid β-oxidation with the main mitochondrial respiratory chain. Electrons derived from flavoprotein dehydrogenases are transferred sequentially through ETF and ETF-QO to ubiquinone and then into the respiratory chain via complex III. In this study, the effects of changes in ETF-QO redox potentials on its activity and the conformational flexibility of ETF were investigated. ETF-QO contains one [4Fe-4S]2+,1+ and one flavin adenine dinucleotide (FAD). In the porcine protein, threonine 367 is hydrogen bonded to N1 and O2 of the flavin ring of the FAD. The analogous site in Rhodobacter sphaeroides ETF-QO is asparagine 338. Mutations N338T and N338A were introduced into the R. sphaeroides protein by site-directed mutagenesis to determine the impact of hydrogen bonding at this site on redox potentials and activity. FAD redox potentials were measured by potentiometric titration probed by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. The N338T and N338A mutations lowered the midpoint potentials, which resulted in a decrease in the quinone reductase activity and negligible impact on disproportionation of ETF1e- catalyzed by ETF-QO. These observations indicate that the FAD is involved in electron transfer to ubiquinone, but not in electron transfer from ETF to ETF-QO. Therefore it is proposed that the iron-sulfur cluster is the immediate acceptor from ETF. It has been proposed that the αII domain of ETF is mobile, allowing promiscuous interactions with structurally different partners. Double electron-electron resonance (DEER) was used to measure the distance between spin labels at various sites and an enzymatically reduced FAD cofactor in Paracoccus denitrificans ETF. Two or three interspin distance distributions were observed for spin-labels in the αI (A43C) and βIII (A111C) domains, but only one is observed for a label in the βII (A210C) domain. This suggests that the αII domain adopts several stable conformations which may correspond to a closed/inactive conformation and an open/active conformation. An additional mutation, E162A, was introduced to increase the mobility of the αII domain. The E162A mutation doubled the activity compared to wild-type and caused the distance distributions to become wider. The DEER method has the potential to characterize conformational changes in ETF that occur when it interacts with various redox partners.

Protection of primary cultures of mouse hepatocytes against fas-induced apoptosis : role of EGF receptor intrinsic activity and intracellular redox state

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Protection of primary cultures of mouse hepatocytes against fas-induced apoptosis : role of EGF receptor intrinsic activity and intracellular redox state

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Développement et caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque

Ce projet de recherche mené en collaboration industrielle avec St-Jean Photochimie Inc. / PCAS Canada vise le développement et la caractérisation de dérivés dipyrrométhène pour des applications dans le domaine du photovoltaïque. La quête du récoltage des photons se situant dans le proche-infrarouge a été au centre des modifications structurales explorées afin d’augmenter l’efficacité de conversion des cellules solaires de type organique et à pigments photosensibles. Trois familles de composés intégrant le motif dipyrrométhène ont été synthétisées et caractérisées du point de vue spectroscopique, électrochimique, structural ainsi que par modélisation moléculaire afin d’établir des relations structures-propriétés. La première famille comporte six azadipyrrométhènes au potentiel de coordination tétradentate sur des centres métalliques. Le développement d’une nouvelle voie synthétique asymétrique combinée à l’utilisation d’une voie symétrique classique ont permis d’obtenir l’ensemble des combinaisons de substituants possibles sur les aryles proximaux incluant les noyaux 2-hydroxyphényle, 2-méthoxyphényle et 2- pyridyle. La modulation du maximum d’absorption dans le rouge a pu être faite entre 598 et 619 nm. De même, la présence de groupements méthoxyle ou hydroxyle augmente l’absorption dans le violet (~410 nm) tel que démontré par modélisation. La caractérisation électrochimique a montré que les dérivés tétradentates étaient en général moins stables aux processus redox que leur contre-parti bidentate. La deuxième famille comporte dix dérivés BODIPY fusionnés de façon asymétrique en position [b]. L’aryle proximal a été modifié de façon systématique afin de mieux comprendre l’impact des substituents riches en électron et de la fusion de cycles aromatiques. De plus, ces dérivés ont été mis en relation avec une vaste série de composés analogues. Les résultats empiriques ont montré que les propriétés optoélectroniques de la plateforme sont régies par le degré de communication électronique entre l’aryle proximal, le pyrrole sur lequel il est attaché et le noyau indolique adjacent à ce dernier. Les maximums d’absorption dans le rouge sont modulables entre 547 et 628 nm et la fluorescence des composés se situe dans le proche- infrarouge. L’un des composé s’est révélé souhaitable pour une utilisation en photovoltaïque ainsi qu’à titre de sonde à pH. La troisième famille comporte cinq complexes neutres de RuII basés sur des polypyridines et portant un ligand azadipyrrométhène cyclométalé. Les composés ont montré une forte absorption de photons dans la région de 600 à 800 nm (rouge à proche- infrarouge) et qui a pu être étendue au-delà de 1100 nm dans le cas des dérivés portant un ligand terpyridine. L’analyse des propriétés optoélectroniques de façon empirique et théorique a montré un impact significatif de la cyclométalation et ouvert la voie pour leur étude en tant que photosensibilisateurs en OPV et en DSSC. La capacité d’un des complexes à photo-injecter un électron dans la bande de conduction du semi-conducteur TiO2 a été démontré en collaboration avec le groupe du Pr Gerald J. Meyer à University of North Carolina at Chapel Hill, premier pas vers une utilisation dans les cellules solaires à pigments photosensibles. La stabilité des complexes en solution s’est toutefois avérée problématique et des pistes de solutions sont suggérées basées sur les connaissances acquises dans le cadre de cette thèse.

Potential role of glutathione in evolution of thiol-based redox signaling sites in proteins.

Cysteine is susceptible to a variety of modifications by reactive oxygen and nitrogen oxide species, including glutathionylation; and when two cysteines are involved, disulfide formation. Glutathione-cysteine adducts may be removed from proteins by glutaredoxin, whereas disulfides may be reduced by thioredoxin. Glutaredoxin is homologous to the disulfide-reducing thioredoxin and shares similar binding modes of the protein substrate. The evolution of these systems is not well characterized. When a single Cys is present in a protein, conjugation of the redox buffer glutathione may induce conformational changes, resulting in a simple redox switch that effects a signaling cascade. If a second cysteine is introduced into the sequence, the potential for disulfide formation exists. In favorable protein contexts, a bistable redox switch may be formed. Because of glutaredoxin's similarities to thioredoxin, the mutated protein may be immediately exapted into the thioredoxin-dependent redox cycle upon addition of the second cysteine. Here we searched for examples of protein substrates where the number of redox-active cysteine residues has changed throughout evolution. We focused on cross-strand disulfides (CSDs), the most common type of forbidden disulfide. We searched for proteins where the CSD is present, absent and also found as a single cysteine in protein orthologs. Three different proteins were selected for detailed study-CD4, ERO1, and AKT. We created phylogenetic trees, examining when the CSD residues were mutated during protein evolution. We posit that the primordial cysteine is likely to be the cysteine of the CSD which undergoes nucleophilic attack by thioredoxin. Thus, a redox-active disulfide may be introduced into a protein structure by stepwise mutation of two residues in the native sequence to Cys. By extension, evolutionary acquisition of structural disulfides in proteins can potentially occur via transition through a redox-active disulfide state.

Enhanced thermal energy harvesting performance of a cobalt redox couple in ionic liquid-solvent mixtures

Thermoelectrochemical cells are increasingly promising devices for harvesting waste heat, offering an alternative to the traditional semiconductor-based design. Advancement of these devices relies on new redox couple/electrolyte systems and an understanding of the interplay between the different factors that dictate device performance. The Seebeck coefficient (Se) of the redox couple in the electrolyte gives the potential difference achievable for a given temperature gradient across the device. Prior work has shown that a cobalt bipyridyl redox couple in ionic liquids (ILs) displays high Seebeck coefficients, but the thermoelectrochemical cell performance was limited by mass transport. Here we present the Se and thermoelectrochemical power generation performance of the cobalt couple in novel mixed IL/molecular solvent electrolyte systems. The highest power density of 880 mW m-2, at a ΔT of 70 °C, was achieved with a 31 (v/v) MPN-[C2mim][B(CN)4] electrolyte combination. The significant power enhancement compared to the single solvent or IL systems results from a combination of superior ionic conductivity and higher diffusion coefficients, shown by electrochemical analysis of the different electrolytes. This is the highest power output achieved to-date for a thermoelectrochemical cell utilising a high boiling point redox electrolyte.

Different complexation behavior of P-functionalized ferrocene derivatives towards SnCl2 , SnCl4 and SnPh2 Cl2 : auto-ionization and redox-type reactions

The novel phosphonyl-substituted ferrocene derivatives [Fe(η(5) -Cp)(η(5) -C5 H3 {P(O)(O-iPr)2 }2 -1,2)] (Fc(1,2) ) and [Fe{η(5) -C5 H4 P(O)(O-iPr)2 }2 ] (Fc(1,1') ) react with SnCl2 , SnCl4 , and SnPh2 Cl2 , giving the corresponding complexes [(Fc(1,2) )2 SnCl][SnCl3 ] (1), [{(Fc(1,1') )SnCl2 }n ] (2), [(Fc(1,1') )SnCl4 ] (3), [{(Fc(1,1') )SnPh2 Cl2 }n ] (4), and [(Fc(1,2) )SnCl4 ] (5), respectively. The compounds are characterized by elemental analyses, (1) H, (13) C, (31) P, (119) Sn NMR and IR spectroscopy, (31) P and (119) Sn CP-MAS NMR spectroscopy, cyclovoltammetry, electrospray ionization mass spectrometry, and single-crystal as well as powder X-ray diffraction analyses. The experimental work is accompanied by DFT calculations, which help to shed light on the origin for the different reaction behavior of Fc(1,1') and Fc(1,2) towards tin(II) chloride.

Étude sur les propriétés physicochimiques et électrochimiques des liquides ioniques redox et leur application en tant qu’électrolyte dans les supercapaciteurs

Ce mémoire porte sur les recherches et les développements dans le domaine des électrolytes à base de liquide ionique redox. Une nouvelle famille de liquide ionique redox basée sur le ferrocenylsulfonyl(trifluoromethylsulfonyl) (FcNTf) a été développée et étudiée pour la première fois afin de démontrer le potentiel de ces liquides ioniques dans les dispositifs de stockage d’énergie. En premier lieu, les liquides ioniques redox (RILs) composés de l’anion électroactif et du cation d’alkylimidazolium sont synthétisés et caractérisés. L’impact de la variation des chaînes alkyles du cation sur les propriétés physicochimiques et électrochimiques du RIL a été étudié. À une faible concentration en solution, l’impact du cation a peu d’influence sur l’ensemble des propriétés. Cependant, à haute concentration (>50 % massique) et sans électrolyte de support, la formation de films en oxydation a été observée à l'électrode positive. Ce point est intéressant pour les futures recherches et développements dans le domaine, puisque la variation des chaînes alkyles du cation des liquides ioniques redox et la formation de films lors de l’oxydation du FcNTf est peu connue et comprise en littérature. De plus, l’optimisation des conditions de solution d'électrolyte RIL dans les supercapaciteurs est aussi présentée. En deuxième lieu, la mise en application des RILs dans les supercapaciteurs a été testée. La performance énergétique et le mécanisme d’autodécharge ont été ciblés dans cette étude. En présence de l’électrolyte redox, la contribution des réactions faradaiques permet d'accomplir un gain énergique de 287 % versus les systèmes purement capacitifs. À cause de la formation de film à l’électrode, l’électrolyte redox FcNTf joue un rôle primordial dans la prévention de l’autodécharge versus les liquides ioniques qui étaient connus jusqu’à présent. Finalement, ce mémoire a permis de mieux comprendre les effets structure-propriétés relative aux modifications du cation chez les liquides ioniques redox.

Étude sur les propriétés physicochimiques et électrochimiques des liquides ioniques redox et leur application en tant qu’électrolyte dans les supercapaciteurs

Ce mémoire porte sur les recherches et les développements dans le domaine des électrolytes à base de liquide ionique redox. Une nouvelle famille de liquide ionique redox basée sur le ferrocenylsulfonyl(trifluoromethylsulfonyl) (FcNTf) a été développée et étudiée pour la première fois afin de démontrer le potentiel de ces liquides ioniques dans les dispositifs de stockage d’énergie. En premier lieu, les liquides ioniques redox (RILs) composés de l’anion électroactif et du cation d’alkylimidazolium sont synthétisés et caractérisés. L’impact de la variation des chaînes alkyles du cation sur les propriétés physicochimiques et électrochimiques du RIL a été étudié. À une faible concentration en solution, l’impact du cation a peu d’influence sur l’ensemble des propriétés. Cependant, à haute concentration (>50 % massique) et sans électrolyte de support, la formation de films en oxydation a été observée à l'électrode positive. Ce point est intéressant pour les futures recherches et développements dans le domaine, puisque la variation des chaînes alkyles du cation des liquides ioniques redox et la formation de films lors de l’oxydation du FcNTf est peu connue et comprise en littérature. De plus, l’optimisation des conditions de solution d'électrolyte RIL dans les supercapaciteurs est aussi présentée. En deuxième lieu, la mise en application des RILs dans les supercapaciteurs a été testée. La performance énergétique et le mécanisme d’autodécharge ont été ciblés dans cette étude. En présence de l’électrolyte redox, la contribution des réactions faradaiques permet d'accomplir un gain énergique de 287 % versus les systèmes purement capacitifs. À cause de la formation de film à l’électrode, l’électrolyte redox FcNTf joue un rôle primordial dans la prévention de l’autodécharge versus les liquides ioniques qui étaient connus jusqu’à présent. Finalement, ce mémoire a permis de mieux comprendre les effets structure-propriétés relative aux modifications du cation chez les liquides ioniques redox.

Temperature dependence of the electrode potential of a cobalt-based redox couple in ionic liquid electrolytes for thermal energy harvesting

Increasing the application of technologies for harvesting waste heat could make a significant contribution to sustainable energy production. Thermoelectrochemical cells are one such emerging technology, where the thermal response of a redox couple in an electrolyte is used to generate a potential difference across a cell when a temperature gradient exists. The unique physical properties of ionic liquids make them ideal for application as electrolytes in these devices. One of the keys to utilizing these media in efficient thermoelectrochemical cells is achieving high Seebeck coefficients, Se: the thermodynamic quantity that determines the magnitude of the voltage achieved per unit temperature difference. Here, we report the Se and cell performance of a cobalt-based redox couple in a range of different ionic liquids, to investigate the influence of the nature of the IL on the thermodynamics and cell performance of the redox system. The results reported include the highest Se to-date for an IL-based electrolyte. The effect of diluting the different ILs with propylene carbonate is also reported, which results in a significant increase in the output powers and current densities of the device.

L'étendue internationale des nouvelles firmes de hautes technologies: le rôle du capital humain et de l'intention stratégique des fondateurs

De récentes recherches ont mis l’accent sur l’importance pour les nouvelles entreprises internationales de l’existence de ressources et de compétences spécifiques. La présente recherche, qui s’inscrit dans ce courant, montre en particulier l’importance du capital humain acquis par les entrepreneurs sur base de leur expérience internationale passée. Mais nous montrons en même temps que ces organisations sont soutenues par une intention délibérée d’internationalisation dès l’origine. Notre recherche empirique est basée sur l’analyse d’un échantillon de 466 nouvelles entreprises de hautes technologies anglaises et allemandes. Nous montrons que ce capital humain est un actif qui facilite la pénétration rapide des marchés étrangers, et plus encore quand l’entreprise nouvelle est accompagnée d’une intention stratégique délibérée d’internationalisation. Des conclusions similaires peuvent être étendues au niveau des ressources que l’entrepreneur consacre à la start-up : plus ces ressources sont importantes, plus le processus d’internationalisation tend à se faire à grande échelle ; et là aussi, l’influence de ces ressources est augmenté par l’intention stratégique d’internationalisation. Dans le cadre des études empiriques sur les born-globals (entreprises qui démarrent sur un marché globalisé), cette recherche fournit une des premières études empiriques reliant l’influence des conditions initiales de création aux probabilités de croissance internationale rapide.

Experimental and theoretical studies of the redox potentials of cyclic nitroxides

The redox potentials of 25 cyclic nitroxides from four different structural classes (pyrrolidine, piperidine, isoindoline, and azaphenalene) were determined experimentally by cyclic voltammetry in acetonitrile, and also via high-level ab initio molecular orbital calculations. It is shown that the potentials are influenced by the type of ring system, ring substituents and/or groups surrounding the radical moiety. For the pyrrolidine, piperidine, and isoindolines there is excellent agreement (mean absolute deviation of 0.05 V) between the calculated and experimental oxidation potentials; for the azaphenalenes, however, there is an extraordinary discrepancy (mean absolute deviation of 0.60 V), implying that their one-electron oxidation might involve additional processes not considered in the theoretical calculations. This recently developed azaphenalene class of nitroxide represents a new variant of a nitroxide ring fused to an aromatic system and details of the synthesis of five derivatives involving differing aryl substitution are also presented.