A Dithienylbenzothiadiazole Pure Red Molecular Emitter with Electron Transport and Exciton Self-Confinement for Nondoped Organic Red-Light-Emitting Diodes

An amorphous photoluminescent material based on a dithienylbenzothiadiazole structure has been used for the fabrication of organic red-light-emitting diodes. The synergistic effects of the electron-transport ability and exciton confinement of the emitting material allow for the fabrication of efficient pure-red-light-emitting devices without a hole blocker.

中国明对虾免疫系统中抗氧化相关基因的克隆与表达分析

对虾病害在世界范围内的广泛传播，给水产养殖和沿海农村经济造成了重大损失。深入开展对虾免疫机制研究并在此基础上寻找对虾疾病防治的有效方法已成为当务之急。研究表明，当对虾等甲壳动物受到外界病原刺激时，其体内的吞噬细胞在吞噬活动中会激活磷酸己糖支路的代谢，引起呼吸爆发，产生多种活性氧分子。另外，受到病原侵染的对虾还会产生其他多种免疫反应，这些免疫反应将消耗大量的能量（ATP），产能的呼吸链会加速运转，由此也会引发大量活性氧的产生。这些活性氧分子可以杀灭入侵的病原微生物，但同时由于活性氧分子反应的非特异性，它们也会对宿主的细胞、组织和器官造成严重伤害，进而导致对虾生理机能的损伤和免疫系统的破坏。所以，消除对虾体内因过度免疫反应产生的过量氧自由基将能够增强其抵御病原侵染的能力，提高免疫力。本论文从中国明对虾体内克隆了线粒体型超氧化物歧化酶（mMnSOD）、胞质型超氧化物歧化酶（cMnSOD）、过氧化氢酶（Catalase）和过氧化物还原酶（Peroxiredoxin）等四种与免疫系统相关的抗氧化酶基因，分析了它们的分子结构特征，组织分布及应答不同病原刺激的表达变化模式，并对其中的mMnSOD基因和Peroxiredoxin基因进行了体外重组表达、分离纯化和酶活性分析。 采用RACE技术从中国明对虾血细胞中克隆了两个超氧化物歧化酶（SOD）基因，通过序列比对分析发现，其中一个为mMnSOD基因，另一个为cMnSOD基因。mMnSOD基因的cDNA全长为1185个碱基，其中开放阅读框为660个碱基，编码220个氨基酸，其中推测的信号肽为20个氨基酸。多序列比对结果显示中国明对虾mMnSOD基因的推导氨基酸序列与罗氏沼虾、蓝蟹的推导氨基酸序列同源性分别为88%和82%。Northern blot结果表明，该基因在对虾的肝胰脏、血细胞、淋巴器官、肠、卵巢、肌肉和鳃等组织中均有表达。半定量RT-PCR结果显示，对虾感染病毒3 h时，该基因在血细胞和肝胰脏中的转录水平显著升高。此外，通过构建原核表达载体，本研究对该基因进行了体外重组表达，并对纯化的重组蛋白进行了质谱鉴定和酶活分析。cMnSOD基因的cDNA全长为1284个碱基，其中开放阅读框为861个碱基，编码287个氨基酸。多序列比对结果显示中国明对虾cMnSOD基因的推导氨基酸序列与斑节对虾和凡纳滨对虾的同源性高达98%和94%。组织半定量结果显示，cMnSOD基因在对虾被检测的各个组织中均有表达。 另外，半定量RT-PCR结果表明，对虾感染病毒23h时，该基因在肝胰脏中的转录上升到正常水平的3.5倍；而感染后59 h时，该基因在血细胞中的转录上升到正常水平的2.5倍。 利用根据其他生物过氧化氢酶保守氨基酸序列设计的简并引物，结合RACE技术，从中国明对虾肝胰脏中克隆到了过氧化氢酶基因的部分片段，片段长1725个碱基。多序列比对结果发现目前所得中国明对虾Catalase基因部分片段的推导氨基酸序列与罗氏沼虾和皱纹盘鲍Catalase氨基酸序列的同源性分别达到95%和73%。通过实时荧光定量PCR技术对中国明对虾Catalase基因在各个组织中的分布情况及病毒感染后该基因在血细胞和肝胰脏中的转录变化进行了研究。结果发现，该基因在肝胰脏、鳃、肠和血细胞中表达水平较高，在卵巢、淋巴器官和肌肉中的表达水平相对较弱；感染病毒23 h和37 h时，对虾血细胞和肝胰脏中该基因mRNA的表达量分别出现显著性上升。 依据中国明对虾头胸部cDNA文库提供的部分片段信息，结合SMART-RACE技术，从中国明对虾肝胰脏中克隆到了过氧化物还原酶基因（Peroxiredoxin）， 该基因的cDNA全长为942个碱基，其中开放阅读框为594个碱基，编码198个氨基酸。中国明对虾Peroxiredoxin基因的推断氨基酸序列与伊蚊、文昌鱼和果蝇等Peroxiredoxin基因的推断氨基酸序列同源性分别为77%、76%和73%。其蛋白理论分子量为22041.17 Da，pI为5.17。Northern blot结果表明，Peroxiredoxin基因在对虾的肝胰脏、血细胞、淋巴器官、肠、卵巢、肌肉和鳃等组织中均有表达。实时荧光定量PCR结果显示，弧菌感染后，该基因在对虾血细胞和肝胰脏中的转录水平都有明显变化并且表达模式不同。另外，对该基因进行了体外重组表达，并对纯化的重组蛋白进行了质谱鉴定和酶活性分析。酶活性分析表明，复性后的重组蛋白能在DTT存在的条件下还原H2O2。

Toward autonomous measurements of photosynthetic electron transport rates: An evaluation of active fluorescence-based measurements of photochemistry

This study presents a methods evaluation and intercalibration of active fluorescence-based measurements of the quantum yield ( inline image) and absorption coefficient ( inline image) of photosystem II (PSII) photochemistry. Measurements of inline image, inline image, and irradiance (E) can be scaled to derive photosynthetic electron transport rates ( inline image), the process that fuels phytoplankton carbon fixation and growth. Bio-optical estimates of inline image and inline image were evaluated using 10 phytoplankton cultures across different pigment groups with varying bio-optical absorption characteristics on six different fast-repetition rate fluorometers that span two different manufacturers and four different models. Culture measurements of inline image and the effective absorption cross section of PSII photochemistry ( inline image, a constituent of inline image) showed a high degree of correspondence across instruments, although some instrument-specific biases are identified. A range of approaches have been used in the literature to estimate inline image and are evaluated here. With the exception of ex situ inline image estimates from paired inline image and PSII reaction center concentration ( inline image) measurements, the accuracy and precision of in situ inline image methodologies are largely determined by the variance of method-specific coefficients. The accuracy and precision of these coefficients are evaluated, compared to literature data, and discussed within a framework of autonomous inline image measurements. This study supports the application of an instrument-specific calibration coefficient ( inline image) that scales minimum fluorescence in the dark ( inline image) to inline image as both the most accurate in situ measurement of inline image, and the methodology best suited for highly resolved autonomous inline image measurements.

Correlated electron transport in molecular electronics

Theoretical and experimental values to date for the resistances of single molecules commonly disagree by orders of magnitude. By reformulating the transport problem using boundary conditions suitable for correlated many-electron systems, we approach electron transport across molecules from a new standpoint. Application of our correlated formalism to benzene-dithiol gives current-voltage characteristics close to experimental observations. The method can solve the open system quantum many-body problem accurately, treats spin exactly, and is valid beyond the linear response regime.

Nitric oxide and hypoxia

NO (nitric oxide) can affect mitochondrial function by interacting with the cytochrome c oxidase (complex IV) of the electron transport chain in a manner that is reversible and in competition with oxygen. Concentrations of NO too low to inhibit respiration can trigger cell defence response mechanisms involving reactive oxygen species and various signalling molecules such as nuclear factor kappa B and AMP kinase. Inhibition of mitochondrial respiration by NO at low oxygen concentrations can cause so-called metabolic hypoxia and divert oxygen towards other oxygen-dependent systems. Such a diversion reactivates prolyl hydroxylases and thus accounts for the prevention by NO of the stabilization of hypoxia-inducible transcription factor. In certain circumstances NO interacts with superoxide radical to form peroxynitrite, which can affect the action of key enzymes, such as mitochondrial complex I, by S-nitrosation. This chapter discusses the physiological and pathophysiological implications of the interactions of NO with the cytochrome c oxidase.

Proton pumping by complex I (NADH : ubiquinone oxidoreductase) from Yarrowia lipolytica reconstituted into proteoliposomes

The mechanism of energy converting NADH:ubiquinone oxidoreductase (complex 1) is Still unknown. A current controversy centers around the question whether electron transport of complex I is always linked to vectorial proton translocation or whether in some organisms the enzyme pumps sodium ions instead. To develop better experimental tools to elucidate its mechanism, we have reconstituted the affinity purified enzyme into proteoliposomes and monitored the generation of Delta pH and Delta psi. We tested several detergents to solubilize the asolectin used for liposome formation. Tightly coupled proteoliposomes containing highly active complex I were obtained by detergent removal with BioBeads after total solubilization or the phospholipids with n-octyl-beta-D-glucopyranoside. We have used dyes to monitor the formation of the two components of the proton motive force, Delta pH and Delta psi, across the liposomal membrane, and analyzed the effects of inhibitors, uncouplers and ionophores on this process. We show that electron transfer of complex I of the lower eukaryote Y. lipolytica is clearly linked to proton translocation. While this study was not specifically designed to demonstrate possible additional sodium translocating properties of complex 1, we did not find indications for primary or secondary Na+ translocation by Y lipolytica complex I. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Comment on “Electron transport through correlated molecules computed using the time-independent Wigner function: Two critical tests”

The many-electron-correlated scattering (MECS) approach to quantum electronic transport was investigated in the linear-response regime [I. Bâldea and H. Köppel, Phys. Rev. B 78, 115315 (2008). The authors suggest, based on numerical calculations, that the manner in which the method imposes boundary conditions is unable to reproduce the well-known phenomena of conductance quantization. We introduce an analytical model and demonstrate that conductance quantization is correctly obtained using open system boundary conditions within the MECS approach.

Lateral electron transport in high-intensity laser-irradiated foils diagnosed by ion emission

An experimental investigation of lateral electron transport in thin metallic foil targets irradiated by ultraintense (>= 10(19) W/cm(2)) laser pulses is reported. Two-dimensional spatially resolved ion emission measurements are used to quantify electric-field generation resulting from electron transport. The measurement of large electric fields (similar to 0.1 TV/m) millimeters from the laser focus reveals that lateral energy transport continues long after the laser pulse has decayed. Numerical simulations confirm a very strong enhancement of electron density and electric field at the edges of the target.

High resolution X-ray spectroscopy in fast electron transport studies

A detailed knowledge of the physical phenomena underlying the generation and the transport of fast electrons generated in high-intensity laser-matter interactions is of fundamental importance for the fast ignition scheme for inertial confinement fusion.

Here we report on an experiment carried out with the VULCAN Petawatt beam and aimed at investigating the role of collisional return currents in the dynamics of the fast electron beam. To that scope, in the experiment counter-propagating electron beams were generated by double-sided irradiation of layered target foils containing a Ti layer. The experimental results were obtained for different time delays between the two laser beams as well as for single-sided irradiation of the target foils. The main diagnostics consisted of two bent mica crystal spectrometers placed at either side of the target foil. High-resolution X-ray spectra of the Ti emission lines in the range from the Ly alpha to the K alpha line were recorded. In addition, 2D X-ray images with spectral resolution were obtained by means of a novel diagnostic technique, the energy-encoded pin-hole camera, based on the use of a pin-hole array equipped with a CCD detector working in single-photon regime. The spectroscopic measurements suggest a higher target temperature for well-aligned laser beams and a precise timing between the two beams. The experimental results are presented and compared to simulation results.

Impacts des réarrangements génomiques chloroplastiques sur l'apparition des phénotypes de variégation chez Arabidopsis thaliana

Contrairement à la plupart des eucaryotes non-photosynthétiques, les végétaux doivent assurer la stabilité d’un génome additionnel contenu dans le plastide, un organite d’origine endosymbiotique. Malgré la taille modeste de ce génome et le faible nombre de gènes qu’il encode, celui-ci est absolument essentiel au processus de photosynthèse. Pourtant, même si ce génome est d’une importance cruciale pour le développement de la plante, les principales menaces à son intégrité, ainsi que les conséquences d’une déstabilisation généralisée de sa séquence d’ADN, demeurent largement inconnues. Dans l’objectif d’élucider les conséquences de l’instabilité génomique chloroplastique, nous avons utilisé le mutant why1why3polIb d’Arabidopsis thaliana, qui présente d’importants niveaux de réarrangements génomiques chloroplastiques, ainsi que la ciprofloxacine, un composé induisant des brisures double-brins dans l’ADN des organites. Ceci nous a permis d’établir qu’une quantité importante de réarrangements génomiques provoque une déstabilisation de la chaîne de transport des électrons photosynthétique et un grave stress oxydatif associé au processus de photosynthèse. Étonnamment, chez why1why3polIb, ces hautes concentrations d’espèces oxygénées réactives ne mènent ni à la perte de fonction des chloroplastes affectés, ni à la mort cellulaire des tissus. Bien au contraire, ce déséquilibre rédox semble être à l’origine d’une reprogrammation génique nucléaire permettant de faire face à ce stress photosynthétique et conférant une tolérance aux stress oxydatifs subséquents. Grâce à une nouvelle méthode d’analyse des données de séquençage de nouvelle génération, nous montrons également qu’un type particulier d’instabilité génomique, demeuré peu caractérisé jusqu’à maintenant, constitue une des principales menaces au maintien de l’intégrité génomique des organites, et ce, tant chez Arabidopsis que chez l’humain. Ce type d’instabilité génomique est dénommé réarrangement de type U-turn et est vraisemblablement associé au processus de réplication. Par une approche génétique, nous démontrons que les protéines chloroplastiques WHY1, WHY3 et RECA1 empêchent la formation de ce type d’instabilité génomique, probablement en favorisant la stabilisation et le redémarrage des fourches de réplication bloquées. Une forte accumulation de réarrangements de type U-turn semble d’ailleurs être à l’origine d’un sévère trouble développemental chez le mutant why1why3reca1. Ceci soulève de nombreuses questions quant à l’implication de ce type d’instabilité génomique dans de nombreux troubles et pathologies possédant une composante mitochondriale.

Étude d'un nouveau facteur impliqué dans la biosynthèse de la paroi bactérienne : le facteur ElyC

La résistance bactérienne aux antibiotiques est de nos jours une préoccupation majeure aux acteurs du monde de la santé publique. L’identification de nouvelles cibles bactériennes en vue de développer de nouveaux antibiotiques est donc nécessaire. La paroi bactérienne est une bonne cible car l’inhibition de sa biosynthèse cause la mort des bactéries. De récents travaux de notre laboratoire ont identifié de nombreux nouveaux facteurs importants pour la biosynthèse de la paroi chez Escherichia coli. L’un de ces facteurs renommé ElyC a un domaine DUF218 extrêmement conservé à travers les espèces bactériennes. L’absence du gène elyC entraîne la lyse bactérienne à température pièce. Des études bioinformatiques indiquent qu’ElyC est une protéine membranaire avec deux domaines transmembranaires et un domaine conservé DUF218 de fonction inconnue. Étant donné que les protéines agissent souvent en complexes, nous avons émis l’hypothèse qu’ElyC interagit avec d’autres protéines afin d'exécuter sa fonction biologique. Le but de mon projet est de déterminer la topologie d’ElyC et d’identifier ses partenaires protéiques. L’étude de la topologie a été faite par l’essai de modification de cystéine sur des souches exprimant individuellement le facteur ElyC avec un résidu cystéine en position N-terminale, dans la boucle ou en position C-terminale. Les partenaires protéiques d’ElyC ont été isolés par immuno-précipitation et identifiés par spectrométrie de masse. Les résultats obtenus ont révélé qu’ElyC est une protéine membranaire chez E. coli et est impliquée dans l'assemblage de l'enveloppe bactérienne, dans la chaîne de transport d'électrons et la phosphorylation oxydative. Ils ont permis aussi de confirmer l’existence d’un lien entre ElyC et le stress oxydatif. Cependant les résultats pour la détermination de la topologie restent à être clarifiés.

Estudi dels carotenoides en espècies marrons de bacteris verds del sofre: diversitat, eco-fisiologia i regulació

El present treball es centra en l'estudi a diferents nivells dels carotenoides de les espècies marrons de Bacteris Verds del Sofre (GSB, de l'anglès Green Sulfur Bacteria). L'objectiu global ha estat el d'esbrinar quina és la funció d'aquests pigments dins l'aparell fotosintètic d'aquests microorganismes i aprofundir en el coneixement de la seva estructura i interaccions amb els altres pigments de l'aparell fotosintètic. En primer lloc es va dissenyar un nou mètode de cromatografia líquida d'alta resolució (HPLC) per analitzar de manera més ràpida i precisa els carotenoides de diferents soques de GSB (Capítol 3). Aquest mètode es basa en una purificació prèvia dels extractes pigmentaris amb columnes d'alúmina per eliminar les bacterioclorofil·les (BCls). Això va permetre analitzar amb una elevada resolució i en tan sols 45 min de carrera cromatogràfica els diferents carotenoides i els seus precursors, així com les configuracions trans i cis dels seus isòmers. El segon mètode utilitzat va consistir en una modificació del mètode de Borrego i Garcia-Gil (1994) i va permetre la separació precisa de tot tipus de pigments, procedents tant de cultius purs com de mostres de caràcter complex. Un exemple concret foren uns paleosediments de la zona lacustre de Banyoles. En aquests sediments (0,7-1,5 milions d'anys d'antiguitat) es van detectar, entre d'altres pigments, carotenoides específics de les espècies marrons de GSB, la qual cosa va permetre confirmar la presència d'aquests bacteris a la zona lacustre de Banyoles ja des del Pleistocè inferior. En aquest primer capítol també es van analitzar els carotenoides de Chlorobium (Chl.) phaeobacteroides CL1401 mitjançant cromatografia líquida acoblada a espectrometria de masses (LC-MS/MS), amb l'objectiu de confirmar la seva identificació i el seu pes molecular. A més, també es va avaluar l'efecte de la temperatura, la llum i diferents agents oxidants i reductors en la composició quantitativa i qualitativa dels carotenoides i les BCls d'aquesta espècie. Això va permetre confirmar el caràcter fotosensible de les BCls i que els isòmers trans/cis dels diferents carotenoides no són artefactes produïts durant la manipulació de les mostres, sinó que són constitutius de l'aparell fotosintètic d'aquests microorganismes. El Capítol 4 inclou els experiments de fisiologia duts a terme amb algunes espècies de GSB, a partir dels quals es va intentar esbrinar la dinàmica de síntesi dels diferents pigments de l'aparell fotosintètic (BCl antena, BCl a i carotenoides) durant el creixement d'aquestes espècies. Aquestes investigacions van permetre monitoritzar també els canvis en el nombre de centres de reacció (CR) durant el procés d'adaptació lumínica. La determinació experimental del nombre de CR es va realitzar a partir de la quantificació de la BCl663, l'acceptor primari en la cadena de transport d'electrons dels GSB. L'estimació del nombre de CR/clorosoma es va realitzar tant a partir de dades estequiomètriques i biomètriques presents a la bibliografia, com a partir de les dades experimentals obtingudes en el present treball. El bon ajust obtingut entre les diferents estimacions va donar solidesa al valor estequiomètric calculat, que fou, com a promig, d'uns 70 CR per clorosoma. En aquest capítol de fisiologia també es van estudiar les variacions en les relacions trans/cis pels principals carotenoides de les espècies marrons de GSB. Aquestes es van determinar a partir de cultius purs de laboratori i de poblacions naturals de GSB. Pel que fa als valors trobats en cultius de laboratori no es van observar diferències destacades entre el valor calculat a alta intensitat de llum i el calculat a baixa intensitat, essent en ambdós casos proper a 2. En els clorosomes aïllats de diferents soques marrons aquest quocient prengué un valor similar tant pels isòmers de l'isorenieratè (Isr) com pels del -isorenieratè (-Isr). En poblacions naturals de Chl. phaeobacteroides aquesta relació va ser també de 2 isòmers trans per cada isòmer cis, mantenint-se constant tant en fondària com al llarg del temps. Finalment, en el Capítol 5 es presenta un marcador molecular que permet la identificació específica d'espècies marrons de GSB. Malgrat que inicialment aquest marcador fou dissenyat a partir d'un gen implicat en la síntesi de carotenoides (crtY, el qual codifica per a una licopè ciclasa) la seqüència final a partir de la qual s'han aconseguit els encebadors selectius està relacionada amb la família de proteïnes de les Policètid-ceto-sintases (PKT). Tot i així, l'eina dissenyada pot ser de gran utilitat per a la discriminació d'espècies marrons de GSB respecte les verdes en poblacions mixtes com les que es troben en ambients naturals i obre la porta a futurs experiments d'ecologia microbiana utilitzant tècniques com la PCR en temps real, que permetria la monitorització selectiva de les poblacions d'espècies marrons de GSB en ecosistemes naturals.

Ion channels as effectors in carbon monoxide signaling

A wealth of recent studies has highlighted the diverse and important influences of carbon monoxide (CO) on cellular signaling pathways. Such studies have implicated CO, and the enzymes from which it is derived (heme oxygenases) as potential therapeutic targets, particularly (although not exclusively) in inflammation, immunity and cardiovascular disease.1 In a recent study,2 we demonstrated that CO inhibited cardiac L-type Ca(2+) channels. This effect arose due to the ability of CO to bind to mitochondria (presumably at complex IV of the electron transport chain) and so cause electron leak, which resulted in increased production of reactive oxygen species. These modulated the channel's activity through interactions with three cysteine residues in the cytosolic C-terminus of the channel's major, pore-forming subunit. Our study provided a potential mechanism for the cardioprotective effects of CO and also highlighted ion channels as a major potential target group for this gasotransmitter.

Carbon monoxide inhibits L-type Ca2+ channels via redox modulation of key cysteine residues by mitochondrial reactive oxygen species

Conditions of stress, such as myocardial infarction, stimulate up-regulation of heme oxygenase (HO-1) to provide cardioprotection. Here, we show that CO, a product of heme catabolism by HO-1, directly inhibits native rat cardiomyocyte L-type Ca2+ currents and the recombinant alpha1C subunit of the human cardiac L-type Ca2+ channel. CO (applied via a recognized CO donor molecule or as the dissolved gas) caused reversible, voltage-independent channel inhibition, which was dependent on the presence of a spliced insert in the cytoplasmic C-terminal region of the channel. Sequential molecular dissection and point mutagenesis identified three key cysteine residues within the proximal 31 amino acids of the splice insert required for CO sensitivity. CO-mediated inhibition was independent of nitric oxide and protein kinase G but was prevented by antioxidants and the reducing agent, dithiothreitol. Inhibition of NADPH oxidase and xanthine oxidase did not affect the inhibitory actions of CO. Instead, inhibitors of complex III (but not complex I) of the mitochondrial electron transport chain and a mitochondrially targeted antioxidant (Mito Q) fully prevented the effects of CO. Our data indicate that the cardioprotective effects of HO-1 activity may be attributable to an inhibitory action of CO on cardiac L-type Ca2+ channels. Inhibition arises from the ability of CO to promote generation of reactive oxygen species from complex III of mitochondria. This in turn leads to redox modulation of any or all of three critical cysteine residues in the channel's cytoplasmic C-terminal tail, resulting in channel inhibition.