Mode of action of the COR15a gene on the freezing tolerance of Arabidopsis thaliana

Constitutive expression of the cold-regulated COR15a gene of Arabidopsis thaliana results in a significant increase in the survival of isolated protoplasts frozen over the range of −4.5 to −7°C. The increased freezing tolerance is the result of a decreased incidence of freeze-induced lamellar-to-hexagonal II phase transitions that occur in regions where the plasma membrane is brought into close apposition with the chloroplast envelope as a result of freeze-induced dehydration. Moreover, the mature polypeptide encoded by this gene, COR15am, increases the lamellar-to-hexagonal II phase transition temperature of dioleoylphosphatidylethanolamine and promotes formation of the lamellar phase in a lipid mixture composed of the major lipid species that comprise the chloroplast envelope. We propose that COR15am, which is located in the chloroplast stroma, defers freeze-induced formation of the hexagonal II phase to lower temperatures (lower hydrations) by altering the intrinsic curvature of the inner membrane of the chloroplast envelope.

A “midinfrared” scenario for cuprate superconductivity

I conjecture that the mechanism of superconductivity in the cuprates is a saving, due to the improved screening resulting from Cooper pair formation, of the part of the Coulomb energy associated with long wavelengths and midinfrared frequencies. This scenario is shown to provide a plausible explanation of the trend of transition temperature with layering structure in the Ca-spaced compounds and to predict a spectacularly large decrease in the electron-energy-loss spectroscopy cross-section in the midinfrared region on transition to the superconducting state, as well as less spectacular but still surprisingly large changes in the optical behavior. Existing experimental results appear to be consistent with this picture.

Transbilayer inhibition of protein kinase C by the lipophosphoglycan from Leishmania donovani.

Lipophosphoglycan (LPG), the predominant molecule on the surface of the parasite Leishmania donovani, has previously been shown to be a potent inhibitor of protein kinase C (PKC) isolated from rat brain. The mechanism by which LPG inhibits PKC was further investigated in this study. LPG was found to inhibit the PKC alpha-catalyzed phosphorylation of histone in assays using large unilamellar vesicles composed of 1-palmitoyl, 2-oleoyl phosphatidylserine and 1-palmitoyl, 2-oleoyl phosphatidylcholine either with or without 1% 1,2 diolein added. The results also indicated that while PKC binding to sucrose-loaded vesicles was not substantially reduced in the presence of LPG at concentrations of 1-2%, the activity of membrane-bound PKC was inhibited by 70%. This inhibition of the membrane-bound form of PKC is not a consequence of reduced substrate availability to the membrane. However, Km shifted from approximately 31 +/- 4 microM to 105 +/- 26 microM in the presence of 5% LPG. LPG caused PKC to bind to membranes without inducing a conformational change as revealed by the lack of an increased susceptibility to trypsin. An LPG fragment containing only one repeating disaccharide unit was not as effective as the entire LPG molecule or of larger fragments in inhibiting the membrane-bound form of the enzyme. The shorter fragments were also less potent in raising the bilayer to hexagonal phase transition temperature of a model membrane. LPG is also able to inhibit the membrane-bound form of PKC alpha from the inner monolayer of large unilamellar vesicles, the opposite monolayer to which the enzyme binds in our assay. Inhibition is likely a result of alterations in the physical properties of the membrane. To our knowledge, this is the first example of a membrane additive that can inhibit the membrane-bound form of PKC in the presence of other lipid cofactors.

Antifreeze glycoproteins inhibit leakage from liposomes during thermotropic phase transitions.

Antifreeze glycoproteins (AFGPs), found in the blood of polar fish at concentrations as high as 35 g/liter, are known to prevent ice crystal growth and depress the freezing temperature of the blood. Previously, Rubinsky et al. [Rubinsky, B., Mattioli, M., Arav, A., Barboni, B. & Fletcher, G. L. (1992) Am. J. Physiol. 262, R542-R545] provided evidence that AFGPs block ion fluxes across membranes during cooling, an effect that they ascribed to interactions with ion channels. We investigated the effects of AFGPs on the leakage of a trapped marker from liposomes during chilling. As these liposomes are cooled through the transition temperature, they leak approximately 50% of their contents. Addition of less than 1 mg/ml of AFGP prevents up to 100% of this leakage, both during chilling and warming through the phase transition. This is a general effect that we show here applies to liposomes composed of phospholipids with transition temperatures ranging from 12 degrees C to 41 degrees C. Because these results were obtained with liposomes composed of phospholipids alone, we conclude that the stabilizing effects of AFGPs on intact cells during chilling reported by Rubinsky et al. may be due to a nonspecific effect on the lipid components of native membranes. There are other proteins that prevent leakage, but only under specialized conditions. For instance, antifreeze proteins, bovine serum albumin, and ovomucoid all either have no effect or actually induce leakage. Following precipitation with acetone, all three proteins inhibited leakage, although not to the extent seen with AFGPs. Alternatively, there are proteins such as ovotransferrin that have no effect on leakage, either before or after acetone precipitation.

Conformational trapping in a membrane environment: a regulatory mechanism for protein activity?

Functional regulation of proteins is central to living organisms. Here it is shown that a nonfunctional conformational state of a polypeptide can be kinetically trapped in a lipid bilayer environment. This state is a metastable structure that is stable for weeks just above the phase transition temperature of the lipid. When the samples are incubated for several days at 68 degrees C, 50% of the trapped conformation converts to the minimum-energy functional state. This result suggests the possibility that another mechanism for functional regulation of protein activity may be available for membrane proteins: that cells may insert proteins into membranes in inactive states pending the biological demand for protein function.

Role of phospholipids containing docosahexaenoyl chains in modulating the activity of protein kinase C.

It is known that the phospholipids of the brain cells of fish are altered during cold adaptation. In particular, the 1-monounsaturated 2-polyunsaturated phosphatidylethanolamines (PEs) increase 2- to 3-fold upon adaptation to cold. One of the most striking changes is in the 18:1/22:6 species of PE. We determined how this lipid affected the bilayer-to-hexagonal-phase transition temperature of 16:1/16:1 PE. We found that it was more effective in lowering this transition temperature than were other, less unsaturated, PE species. In addition, it was not simply the presence of the 18:1/22:6 acyl chains which caused this effect, since the 18:1/22:6 species of phosphatidylcholine had the opposite effect on this transition temperature. Zwitterionic substances that lower the bilayer-to-hexagonal-phase transition temperature often cause an increase in the activity of protein kinase C (PKC). Indeed, the 18:1/22:6 PE caused an increase in the rate of histone phosphorylation by PKC which was greater than that caused by other, less unsaturated, PEs. The 18:1/22:6 phosphatidylcholine had no effect on this enzyme. The stimulation of the activity of PKC by the 18:1/22:6 PE is a consequence of this lipid's increasing the partitioning of PKC to the membrane.

Simple model of protein folding kinetics.

A simple model of the kinetics of protein folding is presented. The reaction coordinate is the "correctness" of a configuration compared with the native state. The model has a gap in the energy spectrum, a large configurational entropy, a free energy barrier between folded and partially folded states, and a good thermodynamic folding transition. Folding kinetics is described by a master equation. The folding time is estimated by means of a local thermodynamic equilibrium assumption and then is calculated both numerically and analytically by solving the master equation. The folding time has a maximum near the folding transition temperature and can have a minimum at a lower temperature.

Core lipid structure is a major determinant of the oxidative resistance of low density lipoprotein.

The influence of thermally induced changes in the lipid core structure on the oxidative resistance of discrete, homogeneous low density lipoprotein (LDL) subspecies (d, 1.0297-1.0327 and 1.0327-1.0358 g/ml) has been evaluated. The thermotropic transition of the LDL lipid core at temperatures between 15 degrees C and 37 degrees C, determined by differential scanning calorimetry, exerted significant effects on the kinetics of copper-mediated LDL oxidation expressed in terms of intrinsic antioxidant efficiency (lag time) and diene production rate. Thus, the temperature coefficients of oxidative resistance and maximum oxidation rate showed break points at the core transition temperature. Temperature-induced changes in copper binding were excluded as the molecular basis of such effects, as the saturation of LDL with copper was identical below and above the core transition. At temperatures below the transition, the elevation in lag time indicated a greater resistance to oxidation, reflecting a higher degree of antioxidant protection. This effect can be explained by higher motional constraints and local antioxidant concentrations, the latter resulting from the freezing out of antioxidants from crystalline domains of cholesteryl esters and triglycerides. Below the transition temperature, the conjugated diene production rate was decreased, a finding that correlated positively with the average size of the cooperative units of neutral lipids estimated from the calorimetric transition width. The reduced accessibility and structural hindrance in the cluster organization of the core lipids therefore inhibits peroxidation. Our findings provide evidence for a distinct effect of the dynamic state of the core lipids on the oxidative susceptibility of LDL and are therefore relevant to the atherogenicity of these cholesterol-rich particles.

Polpa de guavira (Campomanesia cambessedeana Berg) desidratada em spray dryer: efeitos das condições de processo e composição da alimentação nas propriedades físico químicas e atividade antioxidante

O objetivo desse trabalho foi obter polpa de guavira desidratada por atomização, utilizando maltodextrina ou goma arábica como agentes carreadores. Inicialmente, avaliou-se a influência das condições de processo, temperatura do ar de secagem (130, 155 e 180) °C e vazão volumétrica da mistura (20 e 40) mL/min, o tipo e concentração de agente carreador (10 e 20) % nas características físicas, físico-químicas e atividade antioxidante do produto obtido. As propriedades analisadas foram umidade, atividade de água, higroscopicidade, solubilidade, cor, distribuição e tamanho médio de partículas, morfologia, compostos fenólicos totais e atividade antioxidante. A temperatura do ar de secagem e a vazão volumétrica de alimentação influenciaram significativamente todas as propriedades da guavira em pó. A umidade e atividade de água apresentaram os menores valores na temperatura intermediária, independentemente do tipo e concentração do carreador usado. A solubilidade das amostras adicionadas de maltodextrina foram superiores às amostras com goma arábica. O aumento da concentração de agente carreador, em geral, proporcionou um aumento no parâmetro L* e diminuição dos parâmetros a* e b*, tornando as amostras mais claras e reduzindo as tonalidades vermelha e amarela. A guavira em pó apresentou coloração próxima do amarelo e marrom, com grande variação nos parâmetros de cor C* e H* em função das diferentes condições de secagem. A distribuição do tamanho de partículas não teve um padrão definido e o tamanho médio das amostras com maltodextrina foram maiores do que as com goma arábica para a temperatura do ar a 130 °C. No entanto, para as outras temperaturas (155 e 180) °C não houve um comportamento específico do tamanho das partículas em função da vazão de alimentação, tipo e ou concentração de agente carreador. A análise de microscopia eletrônica de varredura permitiu observar que as partículas obtidas tanto com maltodextrina como goma arábica apresentaram formato esférico, superfície rugosa e com adesão de partículas menores nas de maior tamanho, sendo que a superfície das partículas com goma arábica também apresentaram concavidades. A atividade antioxidante foi superior quando utilizada a temperatura de secagem intermediária. A partir das condições selecionadas na primeira etapa (temperatura do ar de 155 °C, vazão volumétrica da mistura de 40 mL/min e 10% de maltodextrina ou goma arábica) a polpa de guavira em pó foi caracterizada quanto a temperatura de transição vítrea, as isotermas de adsorção e a estabilidade à estocagem do ácido ascórbico, compostos fenólicos totais e da atividade antioxidante da polpa de guavira em pó produzida por spray drying ao longo de 120 dias. As temperaturas de transição vítrea foram de (25,2 ± 2,7 °C e 31,4 ± 0,4) °C para os pós produzidos com goma arábica e maltodextrina, respectivamente. O modelo de BET apresentou ajuste muito bom (R2>0,99) para descrever o comportamento de sorção de água das amostras nas temperaturas de (20, 30 e 40) °C. A polpa de guavira em pó produzida com goma arábica apresentou maior adsorção de água do que as amostras obtidas com maltodextrina. No estudo da estabilidade, as amostras foram acondicionadas em embalagem de polietileno laminado e armazenadas a 25 °C e umidade relativa de 75%. A embalagem de polietileno laminado foi eficiente na manutenção do teor de ácido ascórbico e atividade antioxidante da guavira em pó por um período de 120 dias, independente do carreador adicionado. O teor de compostos fenólicos para a guavira em pó com goma arábica apresentou uma redução nos primeiros 22 dias, contudo a amostra com maltodextrina manteve-se estável durante 120 dias de armazenamento.

Estudo e desenvolvimento de lipossomas com potencial para aplicação em base cosmética

A acne vulgar é uma das doenças cutâneas mais comuns, apresentando como um de seus fatores fisiopatológicos primários a colonização pelo microrganismo Propionibacterium acnes. Atualmente, têm-se buscado terapias alternativas para o combate ao P. acnes, destacando-se alguns ácidos graxos, como o ácido laúrico (LA). O LA é uma molécula pouco solúvel em água, sendo possível sua incorporação em lipossomas. Os lipossomas apresentam capacidade de encapsulação/ liberação de ativos e impedem a desidratação da pele, tornando-se ingredientes inovadores na área de cosméticos. Foram preparados lipossomas de dipalmitoilfosfatidilcolina (DPPC) contendo diferentes concentrações de LA, que variaram de 0 a 50% da concentração total em mol, em quatro pHs: 9,0, 7,4, 5,0 e 3,0. Nestes pHs o estado de protonação do LA muda variando de 0 a -1. Os lipossomas foram extrusados por filtros com poros de 100 nm de diâmetro visando à obtenção de vesículas unilamelares grandes (LUV). As LUV foram caracterizadas quanto a sua estabilidade em condições de prateleira, temperatura de transição de fase da bicamada, encapsulamento no interior aquoso, liberação do LA, difusão das vesículas na pele e seus aspectos morfológicos foram caracterizados por espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e crio-microscopia eletrônica de transmissão. Estudos de estabilidade mostraram que independentemente da concentração de LA, as formulações são mais estáveis em pHs mais altos, quando LA está em sua maioria na forma de laurato. Os experimentos de DSC revelaram que em pHs 3,0 e 5,0 e concentrações maiores de LA, a interação deste ácido graxo com as bicamadas é favorecida, havendo um aumento da temperatura de transição de fase (Tm) e diminuição da cooperatividade. Análises de taxa de incorporação de sondas hidrofílicas confirmaram a presença de um compartimento aquoso interno para as vesículas de DPPC:LA. O LA conseguiu permear a pele no período avaliado e pouco LA foi liberado das vesículas em condições de temperatura ambiente. A morfologia das LUV se mostrou bem diferente da esperada e se observaram vesículas com mais de uma bicamada e outros formatos que não o esférico. Estes resultados podem auxiliar na otimização das condições para uma formulação que poderá ser usada no tratamento da acne, aumentando a eficácia do LA no sítio alvo.

Condensados de Bose-Einstein em redes óticas: a transição superfluido-isolante de Mott em redes hexagonais e a classe de universalidade superfluido-vidro de Bose em 3D

Estudamos transições de fases quânticas em gases bosônicos ultrafrios aprisionados em redes óticas. A física desses sistemas é capturada por um modelo do tipo Bose-Hubbard que, no caso de um sistema sem desordem, em que os átomos têm interação de curto alcance e o tunelamento é apenas entre sítios primeiros vizinhos, prevê a transição de fases quântica superfluido-isolante de Mott (SF-MI) quando a profundidade do potencial da rede ótica é variado. Num primeiro estudo, verificamos como o diagrama de fases dessa transição muda quando passamos de uma rede quadrada para uma hexagonal. Num segundo, investigamos como a desordem modifica essa transição. No estudo com rede hexagonal, apresentamos o diagrama de fases da transição SF-MI e uma estimativa para o ponto crítico do primeiro lobo de Mott. Esses resultados foram obtidos usando o algoritmo de Monte Carlo quântico denominado Worm. Comparamos nossos resultados com os obtidos a partir de uma aproximação de campo médio e com os de um sistema com uma rede ótica quadrada. Ao introduzir desordem no sistema, uma nova fase emerge no diagrama de fases do estado fundamental intermediando a fase superfluida e a isolante de Mott. Essa nova fase é conhecida como vidro de Bose (BG) e a transição de fases quântica SF-BG que ocorre nesse sistema gerou muitas controvérsias desde seus primeiros estudos iniciados no fim dos anos 80. Apesar dos avanços em direção ao entendimento completo desta transição, a caracterização básica das suas propriedades críticas ainda é debatida. O que motivou nosso estudo, foi a publicação de resultados experimentais e numéricos em sistemas tridimensionais [Yu et al. Nature 489, 379 (2012), Yu et al. PRB 86, 134421 (2012)] que violam a lei de escala $\\phi= u z$, em que $\\phi$ é o expoente da temperatura crítica, $z$ é o expoente crítico dinâmico e $ u$ é o expoente do comprimento de correlação. Abordamos essa controvérsia numericamente fazendo uma análise de escalonamento finito usando o algoritmo Worm nas suas versões quântica e clássica. Nossos resultados demonstram que trabalhos anteriores sobre a dependência da temperatura de transição superfluido-líquido normal com o potencial químico (ou campo magnético, em sistemas de spin), $T_c \\propto (\\mu-\\mu_c)^\\phi$, estavam equivocados na interpretação de um comportamento transiente na aproximação da região crítica genuína. Quando os parâmetros do modelo são modificados de maneira a ampliar a região crítica quântica, simulações com ambos os modelos clássico e quântico revelam que a lei de escala $\\phi= u z$ [com $\\phi=2.7(2)$, $z=3$ e $ u = 0.88(5)$] é válida. Também estimamos o expoente crítico do parâmetro de ordem, encontrando $\\beta=1.5(2)$.

Influência do tempo de imersão em solução aquosa contendo H2S sobre a tenacidade de tubo API 5L X65 sour avaliada a partir de ensaio Charpy

Com o decorrer dos anos o consumo de petróleo e seus derivados aumentou significativamente e com isso houve a necessidade de se investir em pesquisas para descobertas de novas jazidas de petróleo como o pré-sal. Porém, não apenas a localização dessas jazidas deve ser estudada, mas, também, sua forma de exploração. Essa exploração e extração, na maioria das vezes, se dão em ambientes altamente corrosivos e o transporte do produto extraído é realizado através de tubulações de aço de alta resistência e baixa liga (ARBL). Aços ARBL expostos a ambientes contendo H2S e CO2 (sour gas) sofrem corrosão generalizada que promovem a entrada de hidrogênio atômico no metal, podendo diminuir sua tenacidade e causar falha induzida pela presença de hidrogênio (Hydrogen Induced Cracking HIC), gerando falhas graves no material. Tais falhas podem ser desastrosas para o meio ambiente e para a sociedade. O objetivo deste trabalho é estudar a tenacidade, utilizando ensaio Charpy, de um tubo API 5L X65 sour após diferentes tempos de imersão em uma solução saturada com H2S. O eletrólito empregado foi a solução A (ácido acético contendo cloreto de sódio) da norma NACE TM0284 (2011), fazendo-se desaeração com injeção de N2, seguida de injeções de H2S. Os materiais foram submetidos a: ensaios de resistência a HIC segundo a norma NACE TM0284 (2011) e exames em microscópio óptico e eletrônico de varredura para caracterização microestrutural, de inclusões e trincas. As amostras foram submetidas a imersão em solução A durante 96h e 360h, sendo que, após doze dias do término da imersão, foram realizados os ensaios Charpy e exames fractográficos. Foram aplicados dois métodos: o de energia absorvida e o da expansão lateral, conforme recomendações da norma ASTM E23 (2012). As curvas obtidas, em função da temperatura de impacto, foram ajustadas pelo método da tangente hiperbólica. Esses procedimentos foram realizados nas duas seções do tubo (transversal e longitudinal) e permitiram a obtenção dos seguintes parâmetros: energias absorvidas e expansão lateral nos patamares superior e inferior e temperaturas de transição dúctil-frágil (TTDF) em suas diferentes definições, ou seja, TTDFEA, TTDFEA-DN, TTDFEA-FN, TTDFEL, TTDFEL-DN e TTDFEL-FN (identificação no item Lista de Abreviaturas e Siglas). No exame fractográfico observou-se que o material comportou-se conforme o previsto, ou seja, em temperaturas mais altas ocorreu fratura dúctil, em temperaturas próximas a TTDF obteve-se fratura mista e nas temperaturas mais baixas observou-se o aparecimento de fratura frágil. Os resultados mostraram que quanto maior o tempo de imersão na solução A, menor é a energia absorvida e a expansão lateral no patamar superior, o que pode ser explicado pelo (esperado) aumento do teor de hidrogênio em solução sólida com o tempo de imersão. Por sua vez, os resultados mostraram que há tendência à diminuição da temperatura de transição dúctil-frágil com o aumento do tempo de imersão, particularmente, as TTDFEA-DN e TTDFEL-DN das duas seções do tubo (longitudinal e transversal). Esse comportamento controverso, que pode ser denominado de tenacificação com o decorrer do tempo de imersão na solução A, foi explicado pelo aparecimento de trincas secundárias durante o impacto (Charpy). Isso indica uma limitação do ensaio Charpy para a avaliação precisa de materiais hidrogenados.

Estudo das propriedades térmicas e mecânicas de resinas dentárias compostas preparadas com sílica e quitosana

Neste trabalho foi estudada a influência da adição de quitosana e sílica a monômeros dimetacrílicos, BisEMA e TEGDMA, por meio das técnicas de fotocalorimetria, termogravimetria e análise dinâmico mecânica. Os resultados dos experimentos de fotocalorimetria demonstraram que a quitosana pode aumentar a velocidade de polimerização e o máximo de conversão para alguns sistemas em determinadas concentrações da mesma, já a sílica tem pouco efeito nas reações de fotopolimerização das amostras. Para os experimentos de termogravimetria, a quitosana tem pouca influência na degradação das amostras não alterando significativamente as curvas TGA/DTG, por outro lado a sílica acelerou a degradação térmica das amostras. A avaliação das propriedades mecânicas demonstrou que a quitosana diminui a temperatura de transição vítrea e a resposta elástica dos sistemas não afetando os valores dos módulos de armazenamento e módulos de perda. A sílica apresentou a tendência de aumento de temperatura de transição vítrea e não alteração da resposta elástica das amostras.

Influence of thymol and silver nanoparticles on the degradation of poly(lactic acid) based nanocomposites: thermal and morphological properties

Biopolymers, such as poly(lactic acid) (PLA), have been proposed as environmentally-friendly alternatives in applications such as food packaging. In this work, silver nanoparticles and thymol were used as active additives in PLA matrices, combining the antibacterial activity of silver with the antioxidant performance of thymol. The combined action of both additives influenced PLA thermal degradation in ternary systems. DSC results showed that the addition of thymol resulted in a clear decrease of the glass transition temperature (Tg) of PLA, suggesting its plasticizing effect in PLA matrices. Slight modifications in mechanical properties of dog-bone bars were also observed after the addition of the active components, especially in the elastic modulus. FESEM analyses showed the good distribution of active additives through the PLA matrix, obtaining homogenous surfaces and highlighting the presence of silver nanoparticles successfully embedded into the bulk matrix. Degradation of these PLA-based nanocomposites with thymol and silver nanoparticles in composting conditions indicated that the inherent biodegradable character of this biopolymer was improved after this modification. The obtained nanocomposites showed suitable properties to be used as biodegradable active-food packaging systems with antioxidant and antimicrobial effects.

Development of novel nano-biocomposite antioxidant films based on poly (lactic acid) and thymol for active packaging

Novel nano-biocomposite films based on poly (lactic acid) (PLA) were prepared by incorporating thymol, as the active additive, and modified montmorillonite (D43B) at two different concentrations. A complete thermal, structural, mechanical and functional characterization of all nano-biocomposites was carried out. Thermal stability was not significantly affected by the addition of thymol, but the incorporation of D43B improved mechanical properties and reduced the oxygen transmission rate by the formation of intercalated structures, as suggested by wide angle X-ray scattering patterns and transmission electron microscopy images. The addition of thymol decreased the PLA glass transition temperature, as the result of the polymer plasticization, and led to modification of the elastic modulus and elongation at break. Finally, the amount of thymol remaining in these formulations was determined by liquid chromatography (HPLC-UV) and the antioxidant activity by the DPPH spectroscopic method, suggesting that the formulated nano-biocomposites could be considered a promising antioxidant active packaging material.