Reduction of Nutrient Losses with Eroded Sediments by Post-Fire Soil Stabilisation Techniques

After an experimental fire in steep shrub land in a temperate–humid region (north-west Spain), the effects of two post-fire stabilisation treatments (grass seeding and straw mulching) on the chemical properties of eroded sediments,and the amount of nutrients lost with them, we reevaluated relative to control burnt soil, over a period of 13 months. Total C and N concentrations, and d 13 C, indicated that sediments were mainly contributed by charred plant and litter material. The highest concentrations of extractable base cations in the sediments occurred during the first 3 months following fire, especially for Na and K. As treatments had little or no effect on nutrient concentration in sediments, differences in nutrient losses were due to the 10-fold lower sediment production in mulching compared with other treatments. In control and seeding treatments, the accumulated amounts of nutrients lost with sediments were 989–1028kgha 1 (C), 77kgha 1 (N), 1.9–2.4kgha 1 (Ca), 0.9–1.1kgha 1 (Mg), 0.48–0.55kgha 1 (NH 4 þ –N), 0.39–0.56kgha 1 (K), 0.19–0.34kgha 1 (Na) and , 0.1kgha 1 (P and NO 3 –N) . These values accounted for 22–25% (total C and N) and 5–12% (NH 4 þ –N, Ca, P and Mg) of available nutrients in ash, and 1.0–2.4% of those in ash þ topsoil. As nutrient and sediment losses were strongly correlated, the reduction of the latter by mulching application leads to an effective decrease of post-fire nutrient losses.

Impact of fire and post-fire management techniques on soil chemical properties

The effects of fire ( Control burned soil) and two emergency stabilisation techniques (grass Seeding and straw Mulching ) on 20 chemical characteristics were evaluated on 0 – 5 cm top-soils sampled 1, 90, 180 and 365 days after an experimental fi re in a steep shrubland of a temperate-humid region (NW Spain). Most part of pH (in H 2 O and KCl) variance was explained by the sampling date. No clear temporal trends were identi fi able for total soil C and N content, likely due to the large SOM pool in these soils; however, changes on soil δ 13 C were explained by the deposition of 13 C-depleted ashes, followed by its progressive erosion, while those on soil δ 15 N were a consequence of fi re induced N outputs. After the fi re, NH 4 + – N, P, Na, K, Mg, Ca, Mn, Cu, Zn and B concentrations increased, while those of NO 3 − – N, Al, Fe and Co did not vary significantly. Despite a significant decline with time, concentrations of Mg, Ca and Mn at the end of the study were still higher than in unburned soil, while those of K, Cu, Zn and B were similar to the pre-fire levels and those of NH 4 + – N, P and Na were below pre-fire values. Mulching and Seeding treatments for burned soil emergency stabilisation had significant effects on soil δ 15 N and extractable K, Mg and Ca, while data were inconclusive for their possible effects on the extractable Al, Fe and Co

El ejercicio agudo aumenta las concentraciones de homocisteína en varones físicamente activos

Introducción: Niveles altos de Homocisteína (Hcy) se han identificado como un factor de riesgo cardiovascular. En relación con la práctica de ejercicio físico, los resultados son contradictorios. Objetivos: El objetivo del presente estudio fue determinar la influencia de ejercicios agudos máximo y submáximo sobre las concentraciones de homocisteína total (tHcy) y otros parámetros sanguíneos relacionados. Material y métodos: Diez varones (23,5 ± 1,8 años) físicamente activos realizaron una prueba incremental máxima y otra submáxima a una intensidad del 65% del consumo máximo de oxígeno (VO2max) en tapiz rodante. Se analizaron antes y después las concentraciones de tHcy, folato, vitamina B12 y creatinina séricas. Resultados: Las concentraciones de tHcy séricas aumentaron significativamente tras las pruebas de intensidad máxima (p < 0,05) y submáxima (p < 0,01). El folato y la vitamina B12 también aumentaron significativamente tras ambas pruebas (p < 0,05). Las concentraciones de creatinina aumentaron significativamente únicamente en la prueba máxima (p < 0,001). Se encontró una relación inversa entre los niveles de folato y de tHcy en todos los puntos (p < 0,05). Conclusión: Se observaron niveles altos de homocisteína después del ejercicio agudo tanto máximo como submáximo.

El azúcar y el ejercicio físico: su importancia en los deportistas

El glucógeno muscular, principal almacén de glucosa en el organismo, y la glucemia sanguínea constituyen uno de los principales sustratos energéticos para la contracción muscular durante el ejercicio. El azúcar (sacarosa)es un estupendo suplemento al suministrar tanto glucosa como fructosa. Por ello, es esencial que los deportistas cuiden su alimentación, para mantener y aumentar los depósitos de este combustible, ya que las reservas de glucógeno muscular constituyen un factor limitante de la capacidad para realizar ejercicio prolongado. Las dietas ricas en hidratos de carbono se han recomendado para el ejercicio de resistencia y ultraresistencia debido a su relación con el aumento de las reservas musculares de glucógeno y la aparición tardía de la fatiga. Además de las dietas altas en carbohidratos, la ingesta de carbohidratos antes y durante el ejercicio, han demostrado ser beneficiosas debido al aumento de las concentraciones hepáticas de glucógeno y el mantenimiento de las concentraciones de glucosa en sangre. El efecto de la ingesta de carbohidratos sobre el rendimiento deportivo dependerá principalmente de las características del esfuerzo, del tipo y cantidad de carbohidratos ingeridos y del momento de la ingesta. La combinación de todos estos factores debe ser tenida en cuenta a la hora de analizar el rendimiento en las diferentes especialidades deportivas.

Efecto de dos dietas hipocalóricas y su combinación con ejercicio físico sobre la tasa metabólica basal y la composición corporal

El Síndrome Metabólico (SMet) se diagnostica por el cumplimiento de al menos tres criterios: hipertrigliceridemia, HDL-C disminuido, hipertensión arterial, glucemia alterada en ayunas y obesidad. Dicha obesidad constituiría el punto inicial para el desarrollo del SMet. Según la evidencia científica, las dietas hipocalóricas, incluyendo la mediterránea y la reducida en grasa con alto contenido en carbohidratos, reducen la masa grasa (MG) de estos pacientes y su efecto se potencia al combinarse con ejercicio físico (EF), pero se desconoce aún su influencia sobre la tasa metabólica basal (TMB). Objetivo: Conocer el efecto de dos dietas hipocalóricas: mediterránea y baja en grasas, combinadas o no con EF, sobre la TMB y la composición corporal (CC) de adultos con SMet. Métodos: 36 voluntarios, > 50 años, ambos sexos, con diagnóstico de SMet. Se asignaron aleatoriamente a uno de los cuatro grupos de intervención: Dieta hipocalórica mediterránea (MED), Dieta hipocalórica baja en grasa (CHO) ó ambas asociadas a EF (MEDE y CHOE respectivamente). Se evaluó CC (antropometría) y TMB (calorimetría indirecta) antes y después de la intervención. Resultados: La adición de EF a los dos tratamientos hipocalóricos produjo mayor pérdida de peso y MG que las dietas por sí solas, siendo esta pérdida en CHOE > MEDE (p < 0,05). Dichos grupos descendieron la TMB siendo MEDE > CHOE (p < 0,05). La Dieta Mediterránea, combinada o no con EF, disminuyó la MM siendo MEDE > MED (p < 0,05). Conclusiones: CHOE fue el tratamiento que mayor pérdida de peso y MG produjo, induciendo menor reducción de TMB y manteniendo un mejor perfil de CC que MEDE.

Self-consistent relativistic band structure of the CH3NH3PbI3 perovskite

The electronic structure and properties of the orthorhombic phase of the CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite are computed with density functional theory. The structure, optimized using a van der Waals functional, reproduces closely the unit cell volume. The experimental band gap is reproduced accurately by combining spin-orbit effects and a hybrid functional in which the fraction of exact exchange is tuned self-consistently to the optical dielectric constant. Including spin-orbit coupling strongly reduces the anisotropy of the effective mass tensor, predicting a low electron effective mass in all crystal directions. The computed binding energy of the unrelaxed exciton agrees with experimental data, and the values found imply a fast exciton dissociation at ambient temperature. Also polaron masses for the separated carriers are estimated. The values of all these parameters agree with recent indications that fast dynamics and large carrier diffusion lengths are key in the high photovoltaic efficiencies shown by these materials.

Efecto de la variación en la cantidad de nitrógeno ligado a la fibra en piensos de cerdos sobre las características del purín resultantante y su potencial de NH3, Biogas y CH4: resusltados preliminares

La composición del purín varía en función de la dieta, los procesos fisiológicos y bioquímicos en el animal y el manejo, entre otros. La composición del purín es determinante en las emisiones de metano (CH 4 ) y amoniaco (NH 3 ) (Moset y col., 2012) y condiciona su aptitud para ser usado como fertilizante o como sustrato para la producción de biogás. Las materias primas comúnmente utilizadas en la fabricación de piensos poseen valores variables de nitrógeno ligado a fibra (N- FND) y determinadas combinaciones de ingredientes modifican de manera considerable la concentración de N-FND en los piensos. La ingesta de diferentes cantidades de N-FND puede dar lugar a cambios en la composición del purín y en su potencial de producción de NH 3 ,CH 4 y biogás. El objetivo del presente estudio fue evaluar los efectos de la modificación de la calidad del nitrógeno (N) en piensos de cebo en cerdos y sus implicancias en la producción de NH 3, CH 4 y biogás a partir del purín. Este ensayo es parte del proyecto GasPorc (AGL2011-30023-C03) que evalúa la relación que existe entre la composición de la dieta, características del purín y su potencial de producción de gases y valor fertilizante.

Diseño y síntesis de semiconductores orgánicos con capacidad de organización, alta movilidad de portadores de carga y bajo band gap

Desde hace ya algunos años la búsqueda de energías alternativas a los combustibles fósiles es uno de los grandes retos a nivel mundial. Según los datos de la Agencia Estadounidense de Información sobre la Energía (EIA), el consumo energético en el mundo fue de 18 TW en 2015 y se espera que este consumo se dispare hasta alcanzar los 25 TW en 2035 y los 30 TW en 2050. Parece, por tanto, necesario dar respuesta a esta demanda creciente, y no solo considerar de dónde va a proceder esta energía sino también cuáles van a ser las consecuencias derivadas de este aumento en el consumo energético. Ya en el año 2007 la Academia Sueca reconoció, con la concesión del Premio Nobel de la Paz al ex vicepresidente de Estados Unidos Al Gore y al Grupo Intergubernamental de expertos sobre Cambio Climático (IPCC) de Naciones Unidas, la necesidad de concienciación de que el modelo de desarrollo que tenemos es ecológicamente insostenible. En este contexto, las energías renovables en general y, la energía solar en particular, tienen mucho que ofrecer. Una de las mayores ventajas de la energía solar respecto a las otras fuentes de energía es su enorme potencial, que los investigadores que trabajan en este campo resumen con la siguiente afirmación: la cantidad de energía solar que la Tierra recibe en una hora es mayor que el consumo mundial en el planeta durante todo un año. Al hablar de energía solar se suele distinguir entre energía solar térmica y energía solar fotovoltaica; la primera consiste en aprovechar la energía del sol para convertirla en calor, mientras que la segunda pretende transformar la radiación solar en electricidad por medio de unos dispositivos llamados células fotovoltaicas. Y es precisamente en este campo donde se centra este proyecto. El fundamento científico en el que se basan las células fotovoltaicas es el efecto fotoeléctrico, descubierto por Becquerel en 1839. No obstante, tendrían que pasar más de cien años hasta que investigadores de los laboratorios Bell en 1954 desarrollaran una célula de silicio monocristalino con un rendimiento del 6%. Y en 1958, con el lanzamiento del satélite Vangard I equipado con paneles solares se pudo demostrar la viabilidad de esta tecnología. Desde entonces, la investigación en esta área ha permitido desarrollar dispositivos con eficiencias superiores al 20%. No obstante, la fotovoltaica tradicional basada en elementos semiconductores tipo silicio presenta algunos inconvenientes como el impacto visual de los parques solares, los costes elevados o los rendimientos no muy altos. El descubrimiento de materiales orgánicos semiconductores, reconocido con el Premio Nobel de Química a Heeger, MacDiarmid y Shirakawa en 1976, ha permitido ampliar el campo de la fotovoltaica, ofreciendo la posibilidad de desarrollar células solares orgánicas frente a las células tradicionales inorgánicas. Las células fotovoltaicas orgánicas resultan atractivas ya que, en principio, presentan ventajas como reducción de costes y facilidad de procesado: los materiales orgánicos se pueden elaborar mediante procesos de impresión y recubrimiento de alta velocidad, aerosoles o impresión por inyección y se podrían aplicar como una pintura sobre superficies, tejados o edificios. La transformación de la energía solar en corriente eléctrica es un proceso que transcurre en varias etapas: 1. Absorción del fotón por parte del material orgánico. 2. Formación de un excitón (par electrón-hueco), donde el electrón, al absorber el fotón, es promovido a un nivel energético superior dejando un hueco en el nivel energético en el que se encontraba inicialmente. 3. Difusión del excitón, siendo muy decisiva la morfología del dispositivo. 4. Disociación del excitón y transporte de cargas, lo que requiere movilidades altas de los portadores de cargas. 5. Recolección de cargas en los electrodos. En el diseño de las células solares orgánicas, análogamente a los semiconductores tipo p y tipo n inorgánicos, se suelen combinar dos tipos de materiales orgánicos: un material orgánico denominado dador, que absorbe el fotón y que a continuación deberá ceder el electrón a un segundo material orgánico, denominado aceptor. Para que la célula resulte eficaz es necesario que se cumplan simultáneamente varios requisitos: 1. La energía del fotón incidente debe ser superior a la diferencia de energía entre los orbitales frontera del material orgánico, el HOMO (orbital molecular ocupado de más alta energía) y el LUMO (orbital desocupado de menor energía). Para ello, se necesitan materiales orgánicos semiconductores que presenten una diferencia de energía entre los orbitales frontera (ELUMO-EHOMO= band gap) menor de 2 eV. Materiales orgánicos con estas características son los polímeros conjugados, donde alternan dobles enlaces carbono-carbono con enlaces sencillos carbono-carbono. Uno de los polímeros orgánicos más utilizados como material dador es el P3HT (poli-3-hexiltiofeno). 2. Tanto el material orgánico aceptor como el material orgánico dador deben presentar movilidades altas para los portadores de carga, ya sean electrones o huecos. Este es uno de los campos en los que los materiales orgánicos se encuentran en clara desventaja frente a los materiales inorgánicos: la movilidad de electrones en el silicio monocristalino es 1500 cm2V-1s-1 y en el politiofeno tan solo 10-5 cm2V-1s-1. La movilidad de los portadores de carga aparece muy relacionada con la estructura del material, cuanto más cristalino sea el material, es decir, cuanto mayor sea su grado de organización, mejor será la movilidad. Este proyecto se centra en la búsqueda de materiales orgánicos que puedan funcionar como dadores en el dispositivo fotovoltaico. Y en lugar de centrarse en materiales de tipo polimérico, se ha preferido explorar otra vía: materiales orgánicos semiconductores pero con estructura de moléculas pequeñas. Hay varias razones para intentar sustituir los materiales poliméricos por moléculas pequeñas como, por ejemplo, la difícil reproducibilidad de resultados que se encuentra con los materiales poliméricos y su baja cristalinidad, en general. Entre las moléculas orgánicas sencillas que pudieran ser utilizadas como el material dador en una célula fotovoltaica orgánica llama la atención el atractivo de las moléculas de epindolidiona y quinacridona. En los dos casos se trata de moléculas planas, con enlaces conjugados y que presentan anillos condensados, cuatro en el caso de la epindolidiona y cinco en el caso de la quinacridona. Además ambos compuestos aparecen doblemente funcionalizados con grupos dadores de enlace de hidrógeno (NH) y aceptores (grupos carbonilo C=O). Por su estructura, estas moléculas podrían organizarse tanto en el plano, mediante la formación de varios enlaces de hidrógeno intermoleculares, como en apilamientos verticales tipo columnar, por las interacciones entre las superficies de los anillos aromáticos que forman parte de su estructura (tres en el caso de la quinacridona) y dos (en el caso de la epindolidiona). Esta organización debería traducirse en una mayor movilidad de portadores de carga, cumpliendo así con uno de los requisitos de un material orgánico para su aplicación en fotovoltaica. De estas dos moléculas, en este trabajo se profundiza en las moléculas tipo quinacridona, ya que el desarrollo de las moléculas tipo epindolidiona se llevó a cabo en un proyecto de investigación financiado por una beca Repsol y concedida a Guillermo Menéndez, alumno del Grado en Tecnologías Industriales de esta escuela. La quinacridona es uno de los pigmentos más utilizados y se estima que la venta anual de los mismos alcanza las 4.000 toneladas por año. Son compuestos muy estables tanto desde el punto de vista térmico como fotoquímico y su síntesis no resulta excesivamente compleja. Son además compuestos no tóxicos y la legislación autoriza su empleo en cosméticos y juguetes para niños. El inconveniente principal de la quinacridona es su elevada insolubilidad (soluble en ácido sulfúrico concentrado), por lo que aunque resulta un material muy atractivo para su aplicación en fotovoltaica, resulta difícil su implementación. De hecho, solo es posible su incorporación en dispositivos fotovoltaicos funcionalizando la quinacridona con algún grupo lábil que le proporcione la suficiente solubilidad para poder ser aplicado y posteriormente eliminar dicho grupo lábil. La propuesta inicial de este proyecto es intentar desarrollar quinacridonas que sean solubles en los disolventes orgánicos más habituales tipo cloruro de metileno o cloroformo, para de este modo poder cumplir con una de las ventajas que, a priori, ofrecen las células fotovoltaicas orgánicas frente a las inorgánicas, como es la facilidad de su procesado. El objetivo se centra, por lo tanto, en la preparación de quinacridonas solubles pero sin renunciar a su capacidad para formar enlaces de hidrógeno ni a su capacidad de apilamiento π-π, ya que se quiere mantener los valores de movilidad de portadores para la quinacridona (movilidad de huecos 0,2 cm2V-1s-1). En primer lugar se intenta la preparación de una quinacridona que presenta la ventaja de que los materiales de partida para su síntesis son comerciales: a partir del succinato de dimetilo y de 4-tetradecilanilina se podía acceder, en una síntesis de cuatro etapas, a la molécula deseada. La elección de la amina aromática con la sustitución en posición 4 presenta la ventaja de que en la etapa de doble ciclación necesaria en la síntesis, solo se forma uno de los regioisómeros posibles; este hecho es de gran relevancia para conseguir compuestos con altas movilidades, ya que la presencia de mezcla de regioisómeros, como se ha demostrado con otros compuestos como el P3HT, reduce considerablemente la movilidad de los portadores. Se obtiene así una quinacridona funcionalizada con dos cadenas lineales de 14 carbonos cada una en posiciones simétricas sobre los anillos aromáticos de los extremos. Se espera que la presencia de la superficie aromática plana y las dos cadenas lineales largas pueda conducir a una organización del material similar a la de un cristal líquido discótico. Sin embargo, el producto obtenido resulta ser tremendamente insoluble, no siendo suficiente las dos cadenas de 14 carbonos para aumentar su solubilidad respecto a la quinacridona sin funcionalizar. Se prepara entonces un derivado de esta quinacridona por alquilación de los nitrógenos. Este derivado, incapaz de formar enlaces de hidrógeno, resulta ser fácilmente soluble lo que proporciona una idea de la importancia de los enlaces de hidrógeno en la organización del compuesto. La idea inicial es conseguir, con una síntesis lo más sencilla posible, una quinacridona soluble, por lo que se decide utilizar la 4-t-butilanilina, también comercial, en lugar de la 4-tetradecilanilina. La cadena de t-butilo solo aporta cuatro átomos de carbono, pero su disposición (tres grupos metilo sobre un mismo átomo de carbono) suele conducir a resultados muy buenos en términos de solubilidad. Otra vez, la incorporación de los dos grupos t-butilo resulta insuficiente en términos de solubilidad del material. En estos momentos, y antes de explorar otro tipo de modificaciones sobre el esqueleto de quinacridona, en principio más complejos, se piensa en utilizar una amina aromática funcionalizada en la posición adyacente a la amina, de manera que el grupo funcional cumpliera una doble misión: por una parte, proporcionar solubilidad y por otra parte, perturbar ligeramente la formación de enlaces de hidrógeno, que han evidenciado ser una de las causas fundamentales para la insolubilidad del compuesto. Se realiza un análisis sobre cuáles podrían ser los grupos funcionales más idóneos en esta posición, valorando dos aspectos: el impedimento estérico que dificultaría la formación de enlaces de hidrógeno y la facilidad en su preparación. Ello conduce a optar por un grupo tioéter como candidato, ya que el 2-aminobencenotiol es un compuesto comercial y su adecuada funcionalización conduciría a una anilina con las propiedades deseadas. Se realiza simultáneamente la preparación de una quinacridona con una cadena de 18 átomos de carbono y otra quinacridona de cadena corta pero ramificada. Y finalmente, con estas quinacridonas se logra obtener compuestos solubles. Por último, se realiza el estudio de sus propiedades ópticas, mediante espectroscopia UV-Visible y fluorescencia, y se determinan experimentalmente los band gap, que se aproximan bastante a los resultados teóricos, en torno a 2,2 eV en disolución. No obstante, y aun cuando el band gap pueda parecer algo elevado, se sabe que en disolución las barreras energéticas son más elevadas que cuando el material se deposita en film. Por otra parte, todas las quinacridonas sintetizadas han demostrado una elevada estabilidad térmica. Como resumen final, el trabajo que aquí se presenta, ha permitido desarrollar una ruta sintética hacia derivados de quinacridona solubles con buenas perspectivas para su aplicación en dispositivos fotovoltaicos.

Dispositivo de fijación, cierre y acoplamiento para catéter de perfusión intravenosa

(SPA) Introducción: los medios de fijación a la piel de un catéter venoso periférico, de un catéter venoso central o de un catéter arterial central presentan los siguientes graves inconvenientes: ser la sede de infecciones a nivel del lugar de la punción, provocar una saturación de la zona anatómica, la cual resulta muy difícil de soportar e incómodo para el paciente portador, y suponer un riesgo para el personal de enfermería cuando se usan hilos de sutura para fijar el soporte del catéter. Objetivo: por lo anteriormente expuesto, se ha detecta- do la necesidad de diseñar un dispositivo que reduzca la complejidad y aparatosidad de los sistemas conocidos y empleados en la actualidad, favoreciendo la asepsia y la movilidad del paciente. Método: el desarrollo presentado en este artículo se refie- re a un sistema mecánico de fijación, cierre y acoplamiento para catéter de perfusión intravenosa. El sistema dispone de una pieza circular de pequeño espesor con al menos dos orificios para su fijación subcutánea, centralmente de uno o más conductos para acoplar lúmenes, y de una parte cilín- drica hueca que sobresale a uno de los lados, exteriormente roscada e interiormente lisa con un tetón de posición. Para uso domiciliario se dispone de un tapón de estanqueidad con uno o más tubos de pequeño diámetro que se acoplan en los orificios para lúmenes, una ranura de posición, un tirador y un tapón roscado ciego para el cierre hermético con la parte roscada. Para uso hospitalario se dispone de un tapón intermedio con una o más entradas para lúmenes, así como de un tapón roscado hueco que permite su acopla- miento hermético con la parte roscada. Resultados: el desarrollo descrito en este artículo va a ser utilizado en dos ambientes: ambiente domiciliario y ambiente hospitalario. Además, reduce el riesgo de infec- ción y saturación de la zona anatómica de los pacientes en los que se realiza la punción cutánea en la que se fijan catéteres venosos periféricos, catéteres venosos centrales o catéteres arteriales centrales. (ENG) Introduction: skin fixing devices in peripheral, central or arterial catheters have several important drawbacks: site infection, stacking of material in the anatomical area which is very annoying for the patient and medical staff risk when fixating stitches are used. Objective: to develop a fixing device that simplifies presently used systems, favoring asepsis and motility. Methods: the device herein described is composed by a mechanical fixation, a closing system and coupling for intravenous catheters. The system has a thin circular pie- ce with at least two holes for subcutaneous fixation, one or several conducts for lumina and a hollow cylindrical part in one side, screwed exteriorly and flat inside, with an oriented protuberance. A watertight plug with one or several thin tubes that adapt to the lumina, a positional slot, a handle and a solid screwed tap for perfect closure are available for at home use. An intermediate plug with one or several lumina and a screwed hollow plug are pro- vided for in hospital use. Results: the above described device is intended to be used in two settings: in hospital and at home. It is su- pposed to reduce the risk of infection and stacking of the anatomical site where cutaneo us puncture with fixation of peripheral, central or arterial catheters is performed.

ESPÍRITOS DO UNIVERSO RESPONSÁVEIS PELO DESTINO: ESTUDO EXEGÉTICO EM COLOSSENSES 2.8-3.4

Esta dissertação de mestrado analisará a expressão grega ta. stoicei/a tou/ ko,smou, “os elementos do mundo”, que ocorre na carta de Colossenses nos versículos 8 e 20 do segundo capítulo. Será feito um estudo exegético na perícope bíblica 2.8-3.4 da referida carta, bem como uma análise histórica especificamente do termo stoicei/a. O estudo desta expressão é importante para poder se compreender a filosofia colossense mencionada em Cl 2.8. A igreja cristã na cidade de Colossos estava inserida em um contexto social religioso sincrético. Esse sincretismo é percebido claramente em textos de magia como os Papiros Mágicos Gregos, muito comuns na região da Ásia Menor, a mesma onde a igreja colossense estava situada. O sincretismo religioso, envolvendo crenças judaicas e pagãs, reflete as bases dessa filosofia. O autor da carta aos Colossenses refuta a crença nos “elementos do mundo”, bem como a subserviência aos mesmos. Dentre outras crenças, acreditava-se que esses “elementos” poderiam influenciar os acontecimentos sobre a terra e o destino das pessoas. Questões que envolvem práticas acéticas, adoração a anjos e observância de calendário litúrgico, dão os contornos dessa filosofia. O autor da carta enfatiza o senhorio de Cristo, bem como as obras dele em favor dos cristãos colossenses, que proporcionavam a eles, segurança quanto a terem um bom destino. E, além disso, é assegurada uma liberdade aos cristãos colossenses que não podia lhes ser cerceada por quaisquer outras crenças religiosas. Então, as obras de Cristo, bem como o seu senhorio, são os principais argumentos utilizados pelo autor da carta, a fim de afirmar aos cristãos em Colossos que eles não precisam mais temer o destino e nem se submeter aos “elementos do mundo”.

Identification of active sites in amidase: Evolutionary relationship between amide bond- and peptide bond-cleaving enzymes

Mainly based on various inhibitor studies previously performed, amidases came to be regarded as sulfhydryl enzymes. Not completely satisfied with this generally accepted interpretation, we performed a series of site-directed mutagenesis studies on one particular amidase of Rhodococcus rhodochrous J1 that was involved in its nitrile metabolism. For these experiments, the recombinant amidase was produced as the inclusion body in Escherichia coli to greatly facilitate its recovery and subsequent purification. With regard to the presumptive active site residue Cys203, a Cys203 → Ala mutant enzyme still retained 11.5% of the original specific activity. In sharp contrast, substitutions in certain other positions in the neighborhood of Cys203 had a far more dramatic effect on the amidase. Glutamic acid substitution of Asp191 reduced the specific activity of the mutant enzyme to 1.33% of the wild-type activity. Furthermore, Asp191 → Asn substitution as well as Ser195 → Ala substitution completely abolished the specific activity. It would thus appear that, among various conserved residues residing within the so-called signature sequence common to all amidases, the real active site residues are Asp191 and Ser195 rather than Cys203. Inasmuch as an amide bond (CO-NH2) in the amide substrate is not too far structurally removed from a peptide bond (CO-NH-), the signature sequences of various amidases were compared with the active site sequences of various types of proteases. It was found that aspartic acid and serine residues corresponding to Asp191 and Ser195 of the Rhodococcus amidase are present within the active site sequences of aspartic proteinases, thus suggesting the evolutionary relationship between the two.

Correlation of the structural and functional domains in the membrane protein Vpu from HIV-1

Vpu is an 81-residue membrane protein encoded by the HIV-1 genome. NMR experiments show that the protein folds into two distinct domains, a transmembrane hydrophobic helix and a cytoplasmic domain with two in-plane amphipathic α-helices separated by a linker region. Resonances in one-dimensional solid-state NMR spectra of uniformly 15N labeled Vpu are clearly segregated into two bands at chemical shift frequencies associated with NH bonds in a transmembrane α-helix, perpendicular to the membrane surface, and with NH bonds in the cytoplasmic helices parallel to the membrane surface. Solid-state NMR spectra of truncated Vpu2–51 (residues 2–51), which contains the transmembrane α-helix and the first amphipathic helix of the cytoplasmic domain, and of a construct Vpu28–81 (residues 28–81), which contains only the cytoplasmic domain, support this structural model of Vpu in the membrane. Full-length Vpu (residues 2–81) forms discrete ion-conducting channels of heterogeneous conductance in lipid bilayers. The most frequent conductances were 22 ± 3 pS and 12 ± 3 pS in 0.5 M KCl and 29 ± 3 pS and 12 ± 3 pS in 0.5 M NaCl. In agreement with the structural model, truncated Vpu2–51, which has the transmembrane helix, forms discrete channels in lipid bilayers, whereas the cytoplasmic domain Vpu28–81, which lacks the transmembrane helix, does not. This finding shows that the channel activity is associated with the transmembrane helical domain. The pattern of channel activity is characteristic of the self-assembly of conductive oligomers in the membrane and is compatible with the structural and functional findings.

Physical reasons for the unusual α-helix stabilization afforded by charged or neutral polar residues in alanine-rich peptides

We have carried out conformational energy calculations on alanine-based copolymers with the sequence Ac-AAAAAXAAAA-NH2 in water, where X stands for lysine or glutamine, to identify the underlying source of stability of alanine-based polypeptides containing charged or highly soluble polar residues in the absence of charge–charge interactions. The results indicate that ionizable or neutral polar residues introduced into the sequence to make them soluble sequester the water away from the CO and NH groups of the backbone, thereby enabling them to form internal hydrogen bonds. This solvation effect dictates the conformational preference and, hence, modifies the conformational propensity of alanine residues. Even though we carried out simulations for specific amino acid sequences, our results provide an understanding of some of the basic principles that govern the process of folding of these short sequences independently of the kind of residues introduced to make them soluble. In addition, we have investigated through simulations the effect of the bulk dielectric constant on the conformational preferences of these peptides. Extensive conformational Monte Carlo searches on terminally blocked 10-mer and 16-mer homopolymers of alanine in the absence of salt were carried out assuming values for the dielectric constant of the solvent ɛ of 80, 40, and 2. Our simulations show a clear tendency of these oligopeptides to augment the α-helix content as the bulk dielectric constant of the solvent is lowered. This behavior is due mainly to a loss of exposure of the CO and NH groups to the aqueous solvent. Experimental evidence indicates that the helical propensity of the amino acids in water shows a dramatic increase on addition of certain alcohols, such us trifluoroethanol. Our results provide a possible explanation of the mechanism by which alcohol/water mixtures affect the free energy of helical alanine oligopeptides relative to nonhelical ones.

Peptide hybrids containing α- and β-amino acids: Structure of a decapeptide β-hairpin with two facing β-phenylalanine residues

A β-hairpin conformation has been characterized in crystals of the decapeptide t-butoxycarbonyl-Leu-Val-βPhe-Val-DPro-Gly-Leu-βPhe-Val-Val-methyl ester [βPhe; (S)-β3 homophenylalanine] by x-ray diffraction. The polypeptide chain reversal is nucleated by the centrally positioned DPro-Gly segment, which adopts a type-I′ β-turn conformation. Four intramolecular cross-strand hydrogen bonds stabilize the peptide fold. The βPhe(3) and βPhe(8) residues occupy facing positions on the hairpin, with the side chains projecting on opposite faces of the β-sheet. At the site of insertion of β-residues, the polarity of the peptide units along each strand reverses, as compared with the α-peptide segments. In this analog, a small segment of a polar sheet is observed, where adjacent CO and NH groups line up in opposite directions in each strand. In the crystal, an extended β-sheet is formed by hydrogen bonding between strands of antiparallel pairs of β-hairpins. The crystallographic parameters for C65H102N10O13⋅ 3H2O are: space group P212121; a = 19.059(8) Å, b = 19.470(2) Å, c = 21.077(2) Å; Z = 4; agreement factor R1 = 9.12% for 3,984 data observed >4σ(F) and a resolution of 0.90 Å.

Futile transmembrane NH4+ cycling: A cellular hypothesis to explain ammonium toxicity in plants

Most higher plants develop severe toxicity symptoms when grown on ammonium (NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document}) as the sole nitrogen source. Recently, NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} toxicity has been implicated as a cause of forest decline and even species extinction. Although mechanisms underlying NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} toxicity have been extensively sought, the primary events conferring it at the cellular level are not understood. Using a high-precision positron tracing technique, we here present a cell-physiological characterization of NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} acquisition in two major cereals, barley (Hordeum vulgare), known to be susceptible to toxicity, and rice (Oryza sativa), known for its exceptional tolerance to even high levels of NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document}. We show that, at high external NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} concentration ([NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document}]o), barley root cells experience a breakdown in the regulation of NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} influx, leading to the accumulation of excessive amounts of NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} in the cytosol. Measurements of NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} efflux, combined with a thermodynamic analysis of the transmembrane electrochemical potential for NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document}, reveal that, at elevated [NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document}]o, barley cells engage a high-capacity NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document}-efflux system that supports outward NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} fluxes against a sizable gradient. Ammonium efflux is shown to constitute as much as 80% of primary influx, resulting in a never-before-documented futile cycling of nitrogen across the plasma membrane of root cells. This futile cycling carries a high energetic cost (we record a 40% increase in root respiration) that is independent of N metabolism and is accompanied by a decline in growth. In rice, by contrast, a cellular defense strategy has evolved that is characterized by an energetically neutral, near-Nernstian, equilibration of NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} at high [NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document}]o. Thus our study has characterized the primary events in NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} nutrition at the cellular level that may constitute the fundamental cause of NH\documentclass[12pt]{minimal} \usepackage{amsmath} \usepackage{wasysym} \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{amsbsy} \usepackage{mathrsfs} \setlength{\oddsidemargin}{-69pt} \begin{document} \begin{equation*}{\mathrm{_{4}^{+}}}\end{equation*}\end{document} toxicity in plants.