Comparação estrutural entre amostras de materiais tipo hidrotalcita obtidas a partir de diferentes rotas de síntese

Three samples of hydrotalcite-like materials (HTC) were synthesized and their structural characteristics were compared with two HTCs obtained commercially. Thermal analyses, FT-IR, PXRD and textural analyses were used to investigate the structural differences between commercial and synthetic samples. Particularly, the memory effect was observed at temperature higher than 600 ºC. The Rietveld refinements were obtained with expressive accuracy and the statistical parameters of goodness of fit are quite satisfactory. In conclusion, the procedures adopted in synthesis of HTC produced crystalline materials with high surface area materials.

Alpha2-adrenoceptors: Structure and ligand binding properties at the molecular level

Alpha₂-Adrenoceptors: structure and ligand binding properties at the molecular level The mouse is the most frequently used animal model in biomedical research, but the use of zebrafish as a model organism to mimic human diseases is on the increase. Therefore it is considered important to understand their pharmacological differences from humans also at the molecular level. The zebrafish Alpha_2-adrenoceptors were expressed in mammalian cells and the binding affinities of 20 diverse ligands were determined and compared to the corresponding human receptors. The pharmacological properties of the human and zebrafish Alpha_2--adrenoceptors were found to be quite well conserved. Receptor models based on the crystal structures of bovine rhodopsin and the human Beta₂-adrenoceptor revealed that most structural differences between the paralogous and orthologous Alpha_2--adrenoceptors were located within the second extracellular loop (XL2). Reciprocal mutations were generated in the mouse and human Alpha_2--adrenoceptors. Ligand binding experiments revealed that substitutions in XL2 reversed the binding profiles of the human and mouse Alpha_2--adrenoceptors for yohimbine, rauwolscine and RS-79948-197, evidence for a role for XL2 in the determination of species-specific ligand binding. Previous mutagenesis studies had not been able to explain the subtype preference of several large Alpha_2--adrenoceptor antagonists. We prepared chimaeric Alpha_2--adrenoceptors where the first transmembrane (TM1) domain was exchanged between the three human Alpha_2--adrenoceptor subtypes. The binding affinities of spiperone, spiroxatrine and chlorpromazine were observed to be significantly improved by TM1 substitutions of the Alpha_2a--adrenoceptor. Docking simulations indicated that indirect effects, such as allosteric modulation, are more likely to be involved in this phenomenon rather than specific side-chain interactions between ligands and receptors.

Relationships between crown architecture and available irradiance in two cerrado species with different leaf phenologies

Structural differences between cerrado species with different leaf phenologies are linked to crown architecture, leaf production, and biomass allocation to shoots and leaves. The present study characterized crown structures and the patterns of biomass allocation to leaves and shoots in two woody cerrado species with contrasting leaf phenologies and quantified the irradiance reaching their leaves to determine the best period during the day for photosynthetic activity. The shoots and leaves of five individuals of both Annona coriacea (deciduous) and Hymenaea stigonocarpa (evergreen) were collected along a 50 m transect in a cerrado fragment within the urban perimeter of Catalão - GO, to determine their patterns of biomass allocation in their crowns. The evergreen H. stigonocarpa had significantly higher mean values of shoot inclination (SI), petiole length (PL), leaf area (LA), leaf display index (LDI), and individual leaf area per shoot (ILA), while the deciduous species A. coriacea had significantly higher leaf numbers (LN). The more complex crown of H. stigonocarpa had shoots in more erect positions (orthotropic), with intense self-shading within shoots; A. coriacea, on the other hand, had slanting (plagiotropic) shoots in the crown, allowing similar irradiance levels to all leaf surfaces. The production of plagiotropic shoots by the deciduous species (A. coriacea) is a strategy that enables its use of incident sunlight early in the morning and preventing excessive water loss or excessive irradiance. Hymenaea stigonocarpa (an evergreen), by contrast, had orthotropic shoots and uses intense self-shading as a strategy to avoid excessive irradiance, especially at midday. Differences in crown architectures between evergreen and deciduous species of cerrado sensu stricto can therefore be viewed as adaptations to the environmental light regime.

Relationship between eggplant seed morphology and germination

Structural differences such as abnormalities, damage and free spaces in seeds may affect germination. The aim of this study was to study the relationship between eggplant seed morphology and seed germination. Ten seed lots of the eggplant cultivar Embu were evaluated by X-ray image analysis and the germination test. Seed image analysis was performed by Image Pro Plus® software and the whole seed area and free space between the embryo and endosperm were measured. The internal seed area filled by the embryo and endosperm was calculated from the difference between the whole seed and free space areas. Based on these results and visual seed analysis, seeds were classified into three categories and information on germination was obtained for each one. X-ray image analysis provides a perfect view of the internal seed parts and for seed morphology studies. An increase in seed area filled by the endosperm and embryo does not improve seed germination. Mechanical seed damage and deteriorated tissues can adversely affect seed germination.

Orientation spatiale et plasticité de l’hippocampe chez les personnes aveugles

Il est généralement admis que la vision joue un rôle prépondérant dans la formation des représentations spatiales. Qu’advient-il alors lorsqu’un individu est atteint de cécité? Dans le premier volet de cette thèse, les habiletés spatiales des personnes aveugles ont été examinées à l’aide de différentes tâches et comparées à celles de personnes voyantes effectuant les mêmes tâches avec les yeux bandés. Dans une première étude, les capacités de rotation mentale ont été évaluées à l’aide d’une épreuve d’orientation topographique tactile. Les résultats obtenus montrent que les personnes aveugles parviennent généralement à développer des capacités de rotation mentale similaires à celles de personnes voyantes et ce, malgré l’absence d’information de nature visuelle. Dans une seconde étude, nous avons utilisé différentes tâches spatiales nécessitant l’utilisation de la locomotion. Les résultats obtenus montrent que les personnes aveugles font preuve d’habiletés supérieures à celles de voyants lorsqu’elles doivent apprendre de nouveaux trajets dans un labyrinthe. Elles parviennent également à mieux reconnaître une maquette représentant un environnement exploré précédemment. Ainsi, l’absence de vision ne semble pas entraver de manière significative la formation de concepts spatiaux. Le second volet de cette thèse s’inscrit dans la lignée des études sur la plasticité cérébrale chez les personnes aveugles. Dans le cas présent, nous nous sommes intéressés à l’hippocampe, une structure profonde du lobe temporal dont le rôle au plan spatial a été établi par de nombreuses études animales ainsi que par des études cliniques chez l’humain incluant l’imagerie cérébrale. L’hippocampe joue un rôle particulièrement important dans la navigation spatiale. De plus, des changements structuraux de l’hippocampe ont été documentés en relation avec l’expérience des individus. Par exemple, l’étude de Maguire et al. (2000) a mis en évidence de telles modifications structurelles de l’hippocampe chez des chauffeurs de taxi. À l’instar de ces derniers, les personnes aveugles doivent emmagasiner de nombreuses informations au sujet de leur environnement puisqu’elles ne peuvent bénéficier de la vision pour mettre à jour les informations sur celui-ci, sur leur position dans l’espace et sur la position des objets se trouvant hors de leur portée. Nous avons montré, pour la première fois, une augmentation du volume des hippocampes chez les personnes aveugles en comparaison avec les personnes voyantes. De plus, cette augmentation de volume était positivement corrélée à la performance à une tâche d’apprentissage de trajets. Les résultats présentés dans cette thèse permettent d’appuyer les études antérieures qui soutiennent que les personnes aveugles parviennent à compenser leur déficit et à développer des habiletés spatiales comparables, voire supérieures, à celles de personnes voyantes. Ils permettent également d’apporter un éclairage nouveau sur le concept de plasticité cérébrale présent chez cette population en montrant pour la première fois un lien entre le volume de l’hippocampe et les habiletés spatiales chez les personnes aveugles.

Régulation de l’identité des membres postérieurs par le facteur de transcription à boîte T Tbx4

Bien que partageant une homologie structurelle évidente, les membres antérieurs (MA) sont toujours différents des membres postérieurs (MP). Ceci suggère l’existence d’un programme générique de formation d’un membre, un bauplan, qui doit être modulé de façon spécifique pour engendrer cette différence antéro-postérieure de l’identité. Nous avons donc voulu identifier les mécanismes déployés durant l’évolution pour permettre la mise en place de l’identité des membres. Le laboratoire avait précédemment caractérisé, chez les souris où le gène Pitx1 est inactivé, une transformation partielle des MP en MA couplée à une perte de croissance. Nous avons donc cherché à comprendre les mécanismes en aval de Pitx1 dans la détermination de l’identité postérieure. Notre démarche nous a permis d’identifier les gènes affectés par la perte de Pitx1 dans les MP, où nous avons confirmé une dérégulation de l’expression de Tbx4. Tbx4 et Tbx5 sont des candidats évidents pour déterminer l’identité, leur expression étant restreinte aux MP et MA, respectivement, mais leur implication dans ce processus était sujette à controverse. Nous avons donc évalué l’apport de Tbx4 en aval de Pitx1 dans les processus d’identité en restaurant son expression dans les MP des souris Pitx1-/-. Ce faisant, nous avons pu montrer que Tbx4 est capable de pallier la perte de Pitx1 dans le MP, en rétablissant à la fois les caractères d’identité postérieure et la croissance. En parallèle, nous avons montré que Tbx5 était capable de rétablir la croissance mais non l’identité des MP Pitx1-/-, démontrant ainsi de façon définitive une propriété propre à Tbx4 dans la détermination de l’identité des membres postérieure. La caractérisation de l’activité transcriptionnelle de Tbx4 et Tbx5 nous a permis de mettre en évidence un domaine activateur conservé mais aussi un domaine spécifique à Tbx4, répresseur de la transcription. Par ailleurs, une mutation faux-sens de TBX4 dans les patients atteints du syndrome coxo-podo-patellaire, TBX4Q531R, inactive le domaine répresseur, empêchant la compensation de l’identité mais non de la croissance des MP dépourvus de Pitx1, démontrant l’importance de cette fonction dans l’identité postérieure. La caractérisation de l’activité répressive de Tbx4, qui se manifeste seulement dans les membres postérieurs démontre l’importance de cette fonction dans l’identité postérieure. Nous avons aussi été en mesure d’identifier un corépresseur qui est suffisant pour supporter cette activité de Tbx4. Enfin, nous avons pu aussi démontrer l’activité transcriptionnelle d’un représentant du gène ancestral, présent chez Amphioxus, qui se comporte strictement comme un activateur et semble dépourvu du domaine répresseur. En somme, nous avons précisé le rôle de Tbx4 et Tbx5, ainsi que leur mécanisme, dans la détermination de l’identité des membres. Globalement, nos travaux permettent d’élaborer une théorie où une divergence d’activité transcriptionnelle de Tbx4 et Tbx5 est responsable de l’identité des membres et même entrevoir que cette divergence d’activité soit à la base de son apparition durant l’évolution.

Développements et applications de méthodes computationnelles pour l'étude de l'agrégation des protéines amyloïdes

Les protéines sont au coeur de la vie. Ce sont d'incroyables nanomachines moléculaires spécialisées et améliorées par des millions d'années d'évolution pour des fonctions bien définies dans la cellule. La structure des protéines, c'est-à-dire l'arrangement tridimensionnel de leurs atomes, est intimement liée à leurs fonctions. L'absence apparente de structure pour certaines protéines est aussi de plus en plus reconnue comme étant tout aussi cruciale. Les protéines amyloïdes en sont un exemple marquant : elles adoptent un ensemble de structures variées difficilement observables expérimentalement qui sont associées à des maladies neurodégénératives. Cette thèse, dans un premier temps, porte sur l'étude structurelle des protéines amyloïdes bêta-amyloïde (Alzheimer) et huntingtine (Huntington) lors de leur processus de repliement et d'auto-assemblage. Les résultats obtenus permettent de décrire avec une résolution atomique les interactions des ensembles structurels de ces deux protéines. Concernant la protéine bêta-amyloïde (AB), nos résultats identifient des différences structurelles significatives entre trois de ses formes physiologiques durant ses premières étapes d'auto-assemblage en environnement aqueux. Nous avons ensuite comparé ces résultats avec ceux obtenus au cours des dernières années par d'autres groupes de recherche avec des protocoles expérimentaux et de simulations variés. Des tendances claires émergent de notre comparaison quant à l'influence de la forme physiologique de AB sur son ensemble structurel durant ses premières étapes d'auto-assemblage. L'identification des propriétés structurelles différentes rationalise l'origine de leurs propriétés d'agrégation distinctes. Par ailleurs, l'identification des propriétés structurelles communes offrent des cibles potentielles pour des agents thérapeutiques empêchant la formation des oligomères responsables de la neurotoxicité. Concernant la protéine huntingtine, nous avons élucidé l'ensemble structurel de sa région fonctionnelle située à son N-terminal en environnement aqueux et membranaire. En accord avec les données expérimentales disponibles, nos résultats sur son repliement en environnement aqueux révèlent les interactions dominantes ainsi que l'influence sur celles-ci des régions adjacentes à la région fonctionnelle. Nous avons aussi caractérisé la stabilité et la croissance de structures nanotubulaires qui sont des candidats potentiels aux chemins d'auto-assemblage de la région amyloïde de huntingtine. Par ailleurs, nous avons également élaboré, avec un groupe d'expérimentateurs, un modèle détaillé illustrant les principales interactions responsables du rôle d'ancre membranaire de la région N-terminal, qui sert à contrôler la localisation de huntingtine dans la cellule. Dans un deuxième temps, cette thèse porte sur le raffinement d'un modèle gros-grain (sOPEP) et sur le développement d'un nouveau modèle tout-atome (aaOPEP) qui sont tous deux basés sur le champ de force gros-grain OPEP, couramment utilisé pour l'étude du repliement des protéines et de l'agrégation des protéines amyloïdes. L'optimisation de ces modèles a été effectuée dans le but d'améliorer les prédictions de novo de la structure de peptides par la méthode PEP-FOLD. Par ailleurs, les modèles OPEP, sOPEP et aaOPEP ont été inclus dans un nouveau code de dynamique moléculaire très flexible afin de grandement simplifier leurs développements futurs.

Einige Ergebnisse von vergleichenden Untersuchungen in England und Deutschland zum Lehren und Lernen von Mathematik in Realitätsbezügen

In der Arbeit werden einige Resultate von vergleichenden empirischen Untersuchungen zu unterschiedlichen Konzeptionen eines realitätsbezogenen Mathematikunterrichts, wie sie in England und Deutschland häufig vertreten werden, dargestellt. Bei diesen Untersuchungen werden in verschiedenen Fallstudien, die u.a. auch strukturelle Unterschiede zwischen den Bildungssystemen in England und Deutschland und den zugrundeliegenden Erziehungsphilosophien berücksichtigen, Auswirkungen dieser Konzeptionen auf die Einstellung der Lernenden zum Mathematikunterricht, ihr Bild von Mathematik, ihr Verständnis mathematischer Begriffe und Methoden sowie ihre Fähigkeiten zur Anwendung mathematischer Methoden zum Lösen realer Problemaufgaben untersucht. Die hier dargestellten Erhebungen sind Teil eines längerdauernden Kollaborationsprojekts zwischen den Universitäten Exeter und Kassel.

Small towns as 'sub-poles' in English rural development: Investigating rural-urban linkages using sub-regional social accounting matrices

This paper uses spatial economic data from four small English towns to measure the strength of economic integration between town and hinterland and to estimate the magnitude of town-hinterland spill-over effects. Following estimation of local integration indicators and inter-locale flows, sub-regional social accounting matrices (SAMs) are developed to estimate the strength of local employment and output multipliers for various economic sectors. The potential value of a town as a 'sub-pole' in local economic development is shown to be dependent on structural differences in the local economy, such as the particular mix of firms within towns. Although the multipliers are generally small, indicating a low level of local linkages, some sectors, particularly financial services and banking, show consistently higher multipliers for both output and employment. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Language support for immigrant children: a study of state schools in the UK and US

In recent decades, immigrants, refugees and asylum seekers have sought a new way of life in large numbers, often leaving their countries of origin behind in search of places that offer a better way of life. The purpose of this study was to investigate how elementary and middle school students in state schools in Reading, England (primarily speakers of Asian languages), and Richmond, Virginia (primarily speakers of Spanish), were supported academically, when most children's first language was not English. The authors were interested in exploring whether or not there were cultural or structural differences in the way each country helped or hindered these students as they progressed through the school systems. Three UK schools in a district of approximately 100,000 and three US schools in a district of approximately 250,000 were the focus of this exploration from 2000 to 2003. Findings indicated that there were cultural and legislative differences and similarities. Teachers and administrators in both countries attempted to provide services with limited and sometimes diminishing resources. Community support varied based on resources, attitudes toward various ethnic groups, and the coping strategies adopted by these groups in their new environments. Marked differences appeared with regard to the manner in which assessments took place and how the results were made available to the public.

Twists and turns: a tale of two shikimate-pathway enzymes

We are studying two enzymes from the shikimate pathway, dehydroquinate synthase (DHQS) and 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS). Both enzymes have been the subject of numerous studies to elucidate their reaction mechanisms. Crystal structures of DHQS and EPSPS in the presence and absence of substrates, cofactors and/or inhibitors are now available. These structures reveal movements of domains, rearrangements of loops and changes in side-chain positions necessary for the formation of a catalytically competent active site. The potential for using complementary small-angle X-ray scattering (SAXS) studies to confirm the presence of these structural differences in solution has also been explored. Comparative analysis of crystal structures, in the presence and absence of ligands, has revealed structural features critical for substrate-binding and catalysis. We have also analysed these structures by generating GRID energy maps to detect favourable binding sites. The combination of X-ray crystallography, SAXS and computational techniques provides an enhanced analysis of structural features important for the function of these complex enzymes.

A GCSS model intercomparison for a tropical squall line observed during toga-coare. II: Intercomparison of single-column models and a cloud-resolving model

This paper presents single-column model (SCM) simulations of a tropical squall-line case observed during the Coupled Ocean-Atmosphere Response Experiment of the Tropical Ocean/Global Atmosphere Programme. This case-study was part of an international model intercomparison project organized by Working Group 4 ‘Precipitating Convective Cloud Systems’ of the GEWEX (Global Energy and Water-cycle Experiment) Cloud System Study. Eight SCM groups using different deep-convection parametrizations participated in this project. The SCMs were forced by temperature and moisture tendencies that had been computed from a reference cloud-resolving model (CRM) simulation using open boundary conditions. The comparison of the SCM results with the reference CRM simulation provided insight into the ability of current convection and cloud schemes to represent organized convection. The CRM results enabled a detailed evaluation of the SCMs in terms of the thermodynamic structure and the convective mass flux of the system, the latter being closely related to the surface convective precipitation. It is shown that the SCMs could reproduce reasonably well the time evolution of the surface convective and stratiform precipitation, the convective mass flux, and the thermodynamic structure of the squall-line system. The thermodynamic structure simulated by the SCMs depended on how the models partitioned the precipitation between convective and stratiform. However, structural differences persisted in the thermodynamic profiles simulated by the SCMs and the CRM. These differences could be attributed to the fact that the total mass flux used to compute the SCM forcing differed from the convective mass flux. The SCMs could not adequately represent these organized mesoscale circulations and the microphysicallradiative forcing associated with the stratiform region. This issue is generally known as the ‘scale-interaction’ problem that can only be properly addressed in fully three-dimensional simulations. Sensitivity simulations run by several groups showed that the time evolution of the surface convective precipitation was considerably smoothed when the convective closure was based on convective available potential energy instead of moisture convergence. Finally, additional SCM simulations without using a convection parametrization indicated that the impact of a convection parametrization in forced SCM runs was more visible in the moisture profiles than in the temperature profiles because convective transport was particularly important in the moisture budget.

Molecular archaeology of Flaviviridae untranslated regions: duplicated RNA structures in the replication enhancer of flaviviruses and pestiviruses emerged via convergent evolution.

RNA secondary structures in the 3'untranslated regions (3'UTR) of the viruses of the family Flaviviridae, previously identified as essential (promoters) or beneficial (enhancers) for replication, have been analysed. Duplicated enhancer elements are revealed as a global feature in the evolution of the 3'UTR of distantly related viruses within the genera Flavivirus and Pestivirus. For the flaviviruses, duplicated structures occur in the 3'UTR of all four distantly related ecological virus subgroups (tick-borne, mosquito-borne, no known vector and insect-specific flaviviruses (ISFV). RNA structural differences distinguish tick-borne flaviviruses with discrete pathogenetic characteristics. For Aedes- and Culex-associated ISFV, secondary RNA structures with different conformations display numerous short ssRNA direct repeats, exposed as loops and bulges. Long quadruplicate regions comprise almost the entire 3'UTR of Culex-associated ISFV. Extended duplicated sequence and associated RNA structures were also discovered in the 3'UTR of pestiviruses. In both the Flavivirus and Pestivirus genera, duplicated RNA structures were localized to the enhancer regions of the 3'UTR suggesting an adaptive role predominantly in wild-type viruses. We propose sequence reiteration might act as a scaffold for dimerization of proteins involved in assembly of viral replicase complexes. Numerous nucleotide repeats exposed as loops/bulges might also interfere with host immune responses acting as a molecular sponge to sequester key host proteins or microRNAs.

Efficient incorporation of channel cross-section geometry uncertainty into regional and global scale flood inundation models

This paper investigates the challenge of representing structural differences in river channel cross-section geometry for regional to global scale river hydraulic models and the effect this can have on simulations of wave dynamics. Classically, channel geometry is defined using data, yet at larger scales the necessary information and model structures do not exist to take this approach. We therefore propose a fundamentally different approach where the structural uncertainty in channel geometry is represented using a simple parameterization, which could then be estimated through calibration or data assimilation. This paper first outlines the development of a computationally efficient numerical scheme to represent generalised channel shapes using a single parameter, which is then validated using a simple straight channel test case and shown to predict wetted perimeter to within 2% for the channels tested. An application to the River Severn, UK is also presented, along with an analysis of model sensitivity to channel shape, depth and friction. The channel shape parameter was shown to improve model simulations of river level, particularly for more physically plausible channel roughness and depth parameter ranges. Calibrating channel Manning’s coefficient in a rectangular channel provided similar water level simulation accuracy in terms of Nash-Sutcliffe efficiency to a model where friction and shape or depth were calibrated. However, the calibrated Manning coefficient in the rectangular channel model was ~2/3 greater than the likely physically realistic value for this reach and this erroneously slowed wave propagation times through the reach by several hours. Therefore, for large scale models applied in data sparse areas, calibrating channel depth and/or shape may be preferable to assuming a rectangular geometry and calibrating friction alone.

Evaluation of CMIP5 palaeo-simulations to improve climate projections

Structural differences among models account for much of the uncertainty in projected climate changes, at least until the mid-twenty-first century. Recent observations encompass too limited a range of climate variability to provide a robust test of the ability to simulate climate changes. Past climate changes provide a unique opportunity for out-of-sample evaluation of model performance. Palaeo-evaluation has shown that the large-scale changes seen in twenty-first-century projections, including enhanced land–sea temperature contrast, latitudinal amplification, changes in temperature seasonality and scaling of precipitation with temperature, are likely to be realistic. Although models generally simulate changes in large-scale circulation sufficiently well to shift regional climates in the right direction, they often do not predict the correct magnitude of these changes. Differences in performance are only weakly related to modern-day biases or climate sensitivity, and more sophisticated models are not better at simulating climate changes. Although models correctly capture the broad patterns of climate change, improvements are required to produce reliable regional projections.