Use of the FACTS solvation model for protein-ligand docking calculations. Application to EADock.

Protein-ligand docking has made important progress during the last decade and has become a powerful tool for drug development, opening the way to virtual high throughput screening and in silico structure-based ligand design. Despite the flattering picture that has been drawn, recent publications have shown that the docking problem is far from being solved, and that more developments are still needed to achieve high successful prediction rates and accuracy. Introducing an accurate description of the solvation effect upon binding is thought to be essential to achieve this goal. In particular, EADock uses the Generalized Born Molecular Volume 2 (GBMV2) solvent model, which has been shown to reproduce accurately the desolvation energies calculated by solving the Poisson equation. Here, the implementation of the Fast Analytical Continuum Treatment of Solvation (FACTS) as an implicit solvation model in small molecules docking calculations has been assessed using the EADock docking program. Our results strongly support the use of FACTS for docking. The success rates of EADock/FACTS and EADock/GBMV2 are similar, i.e. around 75% for local docking and 65% for blind docking. However, these results come at a much lower computational cost: FACTS is 10 times faster than GBMV2 in calculating the total electrostatic energy, and allows a speed up of EADock by a factor of 4. This study also supports the EADock development strategy relying on the CHARMM package for energy calculations, which enables straightforward implementation and testing of the latest developments in the field of Molecular Modeling.

Physical and chemical attributes of archaeological soils developed from shell middens in the Região dos Lagos, Rio de Janeiro, Brazil

In prehistoric times, innumerous shell middens, called "sambaquis", consisting mainly of remains of marine organisms, were built along the Brazilian coast. Although the scientific community took interest in these anthropic formations, especially since the nineteenth century, their pedological context is still poorly understood. The purpose of this study was to characterize and identify the physical and chemical changes induced by soil-forming processes, as well as to compare the morphology of shell midden soils with other, already described, anthropogenic soils of Brazil. Four soil profiles developed from shell middens in the Região dos Lagos - RJ were morphologically described and the physical and chemical properties determined. The chemical analysis showed that Ca, Mn, Mg, and particularly P and Zn are indicators of anthropic horizons of midden soils, as in the Amazon Dark Earths (Terras Pretas de Índio). After the deposition of P-rich material, P reaction and leaching can mask or disturb the evidence of in situ man-made strata, but mineralogical and chemical studies of phosphate forms can elucidate the apparent complexity. Lower phosphate-rich strata without direct anthropic inputs indicate P leaching and precipitation in secondary forms. The total and bioavailable contents of Ca, Mg, Zn, Mn, Cu, P, and organic C of midden soils were much higher than of regional soils without influence of ancient human settlements, demonstrating that the high fertility persisted for long periods, at some sites for more than 4000 years. The physical analysis showed that wind-blown sand contributed significantly to increase the sand fraction in the analyzed soils (texture classes sand, sandy loam and sandy clay loam) and that the aeolian sand accumulation occurred simultaneously with the midden formation.

Shell structure in mixed 3He-4He droplets

Due to the immiscibility of 3He into 4He at very low temperatures, mixed helium droplets consist of a core of 4He atoms coated by a 3He layer whose thickness depends on the number of atoms of each isotope. When these numbers are such that the centrifugal kinetic energy of the 3He atoms is small and can be considered as a perturbation to the mean-field energy, a novel shell structure arises, with magic numbers different from these of pure 3He droplets. If the outermost shell is not completely filled, the valence atoms align their spins up to the maximum value allowed by the Pauli principle.

Effects of restricted methionine and energy intake on egg weight and shell quality

Selostus: Metioniinin ja energian saannin rajoittamisen vaikutukset kananmunan painoon ja laatuun

Distorted-wave calculation of cross sections for inner-shell ionization by electron and positron impact

The relativistic distorted-wave Born approximation is used to calculate differential and total cross sections for inner shell ionization of neutral atoms by electron and positron impact. The target atom is described within the independent-electron approximation using the self-consistent Dirac-Fock-Slater potential. The distorting potential for the projectile is also set equal to the Dirac-Fock-Slater potential. For electrons, this guarantees orthogonality of all the orbitals involved and simplifies the calculation of exchange T-matrix elements. The interaction between the projectile and the target electrons is assumed to reduce to the instantaneous Coulomb interaction. The adopted numerical algorithm allows the calculation of differential and total cross sections for projectiles with kinetic energies ranging from the ionization threshold up to about ten times this value. Algorithm accuracy and stability are demonstrated by comparing differential cross sections calculated by our code with the distorting potential set to zero with equivalent results generated by a more robust code that uses the conventional plane-wave Born approximation. Sample calculation results are presented for ionization of K- and L-shells of various elements and compared with the available experimental data.

Microscopic origin of exchange bias in core/shell nanoparticles

We report the results of Monte Carlo simulations with the aim to clarify the microscopic origin of exchange bias in the magnetization hysteresis loops of a model of individual core/shell nanoparticles. Increase of the exchange coupling across the core/shell interface leads to an enhancement of exchange bias and to an increasing asymmetry between the two branches of the loops which is due to different reversal mechanisms. A detailed study of the magnetic order of the interfacial spins shows compelling evidence that the existence of a net magnetization due to uncompensated spins at the shell interface is responsible for both phenomena and allows to quantify the loop shifts directly in terms of microscopic parameters with striking agreement with the macroscopic observed values.

Product Standardization of Shell and Tube Heat Exchangers

Diplomityön tavoitteena oli selvittää, kuinka kohdeyrityksessä nykyhetkellä pitkältiräätälöitynä tuotetut putkilämmönvaihtimet voitaisiin standardisoida, jotta pystyttäisiin kohdistamaan resursseja oikein ja parantamaan siten yrityksen taloudellista suorituskykyä. Tutkimuksen edetessä määräävimmäksi tekijäksi työn tuloksia ajatellen nousi taloudellinen standardisointiaste, jonka perusteeksi kohdeyrityksen putkilämmönvaihtimissa valittiin standardisoitu suunnitteluohjeisto. Suunnitteluohjeiston lisäksi tuotestandardiin liitettiin ehdotus toimintapojen automatisoimisesta parametrisen valintataulukon sekä sähköisen manuaalin avulla. Työssä tuotestandardisointia tarkastellaan rationalisointi-investointina ja sen kannattavuutta on tarkasteltu investointilaskelmien sekä herkkyys analyysin avulla. Alkuarvot investointilaskelmissa perustuvat työssä yhdelle putkilämmönvaihtimelletoteutettuun tuotestandardisointitapaan, jos tätä tapaa käytettäisiin jatkossa kaikkiin kyseisen yksikön putkilämmönvaihtimiin.

Vastuu toimitusvahingoista polttonesteen toimituksissa, case oy Shell ab

Tutkimustyön tavoitteena oli selvittää polttonesteiden toimituksiin osallistuvien tahojen, eli myyjän, itsenäisen rahdinkuljettajan ja ostajan vastuun jakautuminen.. Lähtökohtaisesti myyjällä on viivästystilanteissa sekä kuluttaja-, että yritysasiakkaita kohtaan kontrollivastuu välittömistä ja tuottamusperusteinen vastuu välillisistä vahingoista, mutta korvausvelvollisuudesta voidaan vapautua tietyt tunnusmerkit täyttävän esteen perusteella. Virhevastuukin perustuu samanlaiselle kaksinkertaiselle vahinkolajikohtaiselle vastuuperuste-erottelulle, mutta myyjän on aina korvattava kuluttajalle aiheutuneet välittömät vahingot aiheuttamisvastuun perusteella. Lisäksi hän voi joutua hyvittämään kaikki mahdolliset menetyksen annetun erityisen sitoumuksen nojalla. Maksuviivästystilanteissa ostajan molempia vahinkolajeja koskeva vastuuperuste sijoittuu puhtaan aiheuttamis- ja kontrollivastuun väliin. Lainmukaisen myötävaikutusvelvollisuuden laiminlyönnin aiheuttamat vahingot korvataan noudattamalla myyjän viivästysvastuusäännöksiä, mutta tavaran vastaanottamisen tai noutamisen osalta vastuun toteutuminen edellytetään vielä sitä, että kaupankohteen pois toimittamisella on ollut myyjäpuolelle erityistä merkitystä. Kuluttaja-asiakkaalla ei kuitenkaan ole edellä mainittua vastuuta. Rahdinkuljettajalla on tavara- ja viivästysvahingoista ankara vastuu tietyn force majeure poikkeuksin. Tavallisesti korvausvelvollisuus rajoittuu tavaravahinkojen osalta 20 euroon painokiloa kohti ja viivästysvahingot on korvattava rahtia vastaavaan rahamäärään saakka. Kyseinen taho voi myös vapautua vastuusta kokonaan laissa mainittujen vastuuvapausperusteiden nojalla, mutta tahallinen tai törkeän huolimaton toiminta aiheuttaa täyden vahingonkorvausvastuun.

The Hydrophobic interaction: modeling hydrophobic interactions and aggregation of non-polar particles in aqueous solutions

Malgré son importance dans notre vie de tous les jours, certaines propriétés de l?eau restent inexpliquées. L'étude des interactions entre l'eau et les particules organiques occupe des groupes de recherche dans le monde entier et est loin d'être finie. Dans mon travail j'ai essayé de comprendre, au niveau moléculaire, ces interactions importantes pour la vie. J'ai utilisé pour cela un modèle simple de l'eau pour décrire des solutions aqueuses de différentes particules. Récemment, l?eau liquide a été décrite comme une structure formée d?un réseau aléatoire de liaisons hydrogènes. En introduisant une particule hydrophobe dans cette structure à basse température, certaines liaisons hydrogènes sont détruites ce qui est énergétiquement défavorable. Les molécules d?eau s?arrangent alors autour de cette particule en formant une cage qui permet de récupérer des liaisons hydrogènes (entre molécules d?eau) encore plus fortes : les particules sont alors solubles dans l?eau. A des températures plus élevées, l?agitation thermique des molécules devient importante et brise les liaisons hydrogènes. Maintenant, la dissolution des particules devient énergétiquement défavorable, et les particules se séparent de l?eau en formant des agrégats qui minimisent leur surface exposée à l?eau. Pourtant, à très haute température, les effets entropiques deviennent tellement forts que les particules se mélangent de nouveau avec les molécules d?eau. En utilisant un modèle basé sur ces changements de structure formée par des liaisons hydrogènes j?ai pu reproduire les phénomènes principaux liés à l?hydrophobicité. J?ai trouvé une région de coexistence de deux phases entre les températures critiques inférieure et supérieure de solubilité, dans laquelle les particules hydrophobes s?agrègent. En dehors de cette région, les particules sont dissoutes dans l?eau. J?ai démontré que l?interaction hydrophobe est décrite par un modèle qui prend uniquement en compte les changements de structure de l?eau liquide en présence d?une particule hydrophobe, plutôt que les interactions directes entre les particules. Encouragée par ces résultats prometteurs, j?ai étudié des solutions aqueuses de particules hydrophobes en présence de co-solvants cosmotropiques et chaotropiques. Ce sont des substances qui stabilisent ou déstabilisent les agrégats de particules hydrophobes. La présence de ces substances peut être incluse dans le modèle en décrivant leur effet sur la structure de l?eau. J?ai pu reproduire la concentration élevée de co-solvants chaotropiques dans le voisinage immédiat de la particule, et l?effet inverse dans le cas de co-solvants cosmotropiques. Ce changement de concentration du co-solvant à proximité de particules hydrophobes est la cause principale de son effet sur la solubilité des particules hydrophobes. J?ai démontré que le modèle adapté prédit correctement les effets implicites des co-solvants sur les interactions de plusieurs corps entre les particules hydrophobes. En outre, j?ai étendu le modèle à la description de particules amphiphiles comme des lipides. J?ai trouvé la formation de différents types de micelles en fonction de la distribution des regions hydrophobes à la surface des particules. L?hydrophobicité reste également un sujet controversé en science des protéines. J?ai défini une nouvelle échelle d?hydrophobicité pour les acides aminés qui forment des protéines, basée sur leurs surfaces exposées à l?eau dans des protéines natives. Cette échelle permet une comparaison meilleure entre les expériences et les résultats théoriques. Ainsi, le modèle développé dans mon travail contribue à mieux comprendre les solutions aqueuses de particules hydrophobes. Je pense que les résultats analytiques et numériques obtenus éclaircissent en partie les processus physiques qui sont à la base de l?interaction hydrophobe.<br/><br/>Despite the importance of water in our daily lives, some of its properties remain unexplained. Indeed, the interactions of water with organic particles are investigated in research groups all over the world, but controversy still surrounds many aspects of their description. In my work I have tried to understand these interactions on a molecular level using both analytical and numerical methods. Recent investigations describe liquid water as random network formed by hydrogen bonds. The insertion of a hydrophobic particle at low temperature breaks some of the hydrogen bonds, which is energetically unfavorable. The water molecules, however, rearrange in a cage-like structure around the solute particle. Even stronger hydrogen bonds are formed between water molecules, and thus the solute particles are soluble. At higher temperatures, this strict ordering is disrupted by thermal movements, and the solution of particles becomes unfavorable. They minimize their exposed surface to water by aggregating. At even higher temperatures, entropy effects become dominant and water and solute particles mix again. Using a model based on these changes in water structure I have reproduced the essential phenomena connected to hydrophobicity. These include an upper and a lower critical solution temperature, which define temperature and density ranges in which aggregation occurs. Outside of this region the solute particles are soluble in water. Because I was able to demonstrate that the simple mixture model contains implicitly many-body interactions between the solute molecules, I feel that the study contributes to an important advance in the qualitative understanding of the hydrophobic effect. I have also studied the aggregation of hydrophobic particles in aqueous solutions in the presence of cosolvents. Here I have demonstrated that the important features of the destabilizing effect of chaotropic cosolvents on hydrophobic aggregates may be described within the same two-state model, with adaptations to focus on the ability of such substances to alter the structure of water. The relevant phenomena include a significant enhancement of the solubility of non-polar solute particles and preferential binding of chaotropic substances to solute molecules. In a similar fashion, I have analyzed the stabilizing effect of kosmotropic cosolvents in these solutions. Including the ability of kosmotropic substances to enhance the structure of liquid water, leads to reduced solubility, larger aggregation regime and the preferential exclusion of the cosolvent from the hydration shell of hydrophobic solute particles. I have further adapted the MLG model to include the solvation of amphiphilic solute particles in water, by allowing different distributions of hydrophobic regions at the molecular surface, I have found aggregation of the amphiphiles, and formation of various types of micelle as a function of the hydrophobicity pattern. I have demonstrated that certain features of micelle formation may be reproduced by the adapted model to describe alterations of water structure near different surface regions of the dissolved amphiphiles. Hydrophobicity remains a controversial quantity also in protein science. Based on the surface exposure of the 20 amino-acids in native proteins I have defined the a new hydrophobicity scale, which may lead to an improvement in the comparison of experimental data with the results from theoretical HP models. Overall, I have shown that the primary features of the hydrophobic interaction in aqueous solutions may be captured within a model which focuses on alterations in water structure around non-polar solute particles. The results obtained within this model may illuminate the processes underlying the hydrophobic interaction.<br/><br/>La vie sur notre planète a commencé dans l'eau et ne pourrait pas exister en son absence : les cellules des animaux et des plantes contiennent jusqu'à 95% d'eau. Malgré son importance dans notre vie de tous les jours, certaines propriétés de l?eau restent inexpliquées. En particulier, l'étude des interactions entre l'eau et les particules organiques occupe des groupes de recherche dans le monde entier et est loin d'être finie. Dans mon travail j'ai essayé de comprendre, au niveau moléculaire, ces interactions importantes pour la vie. J'ai utilisé pour cela un modèle simple de l'eau pour décrire des solutions aqueuses de différentes particules. Bien que l?eau soit généralement un bon solvant, un grand groupe de molécules, appelées molécules hydrophobes (du grecque "hydro"="eau" et "phobia"="peur"), n'est pas facilement soluble dans l'eau. Ces particules hydrophobes essayent d'éviter le contact avec l'eau, et forment donc un agrégat pour minimiser leur surface exposée à l'eau. Cette force entre les particules est appelée interaction hydrophobe, et les mécanismes physiques qui conduisent à ces interactions ne sont pas bien compris à l'heure actuelle. Dans mon étude j'ai décrit l'effet des particules hydrophobes sur l'eau liquide. L'objectif était d'éclaircir le mécanisme de l'interaction hydrophobe qui est fondamentale pour la formation des membranes et le fonctionnement des processus biologiques dans notre corps. Récemment, l'eau liquide a été décrite comme un réseau aléatoire formé par des liaisons hydrogènes. En introduisant une particule hydrophobe dans cette structure, certaines liaisons hydrogènes sont détruites tandis que les molécules d'eau s'arrangent autour de cette particule en formant une cage qui permet de récupérer des liaisons hydrogènes (entre molécules d?eau) encore plus fortes : les particules sont alors solubles dans l'eau. A des températures plus élevées, l?agitation thermique des molécules devient importante et brise la structure de cage autour des particules hydrophobes. Maintenant, la dissolution des particules devient défavorable, et les particules se séparent de l'eau en formant deux phases. A très haute température, les mouvements thermiques dans le système deviennent tellement forts que les particules se mélangent de nouveau avec les molécules d'eau. A l'aide d'un modèle qui décrit le système en termes de restructuration dans l'eau liquide, j'ai réussi à reproduire les phénomènes physiques liés à l?hydrophobicité. J'ai démontré que les interactions hydrophobes entre plusieurs particules peuvent être exprimées dans un modèle qui prend uniquement en compte les liaisons hydrogènes entre les molécules d'eau. Encouragée par ces résultats prometteurs, j'ai inclus dans mon modèle des substances fréquemment utilisées pour stabiliser ou déstabiliser des solutions aqueuses de particules hydrophobes. J'ai réussi à reproduire les effets dûs à la présence de ces substances. De plus, j'ai pu décrire la formation de micelles par des particules amphiphiles comme des lipides dont la surface est partiellement hydrophobe et partiellement hydrophile ("hydro-phile"="aime l'eau"), ainsi que le repliement des protéines dû à l'hydrophobicité, qui garantit le fonctionnement correct des processus biologiques de notre corps. Dans mes études futures je poursuivrai l'étude des solutions aqueuses de différentes particules en utilisant les techniques acquises pendant mon travail de thèse, et en essayant de comprendre les propriétés physiques du liquide le plus important pour notre vie : l'eau.

Electron scattering in isotonic chains as a probe of the proton shell structure of unstable nuclei

Electron scattering on unstable nuclei is planned in future facilities of the GSI and RIKEN upgrades. Motivated by this fact, we study theoretical predictions for elastic electron scattering in the N=82, N=50, and N=14 isotonic chains from very proton-deficient to very proton-rich isotones. We compute the scattering observables by performing Dirac partial-wave calculations. The charge density of the nucleus is obtained with a covariant nuclear mean-field model that accounts for the low-energy electromagnetic structure of the nucleon. For the discussion of the dependence of scattering observables at low-momentum transfer on the gross properties of the charge density, we fit Helm model distributions to the self-consistent mean-field densities. We find that the changes shown by the electric charge form factor along each isotonic chain are strongly correlated with the underlying proton shell structure of the isotones. We conclude that elastic electron scattering experiments on isotones can provide valuable information about the filling order and occupation of the single-particle levels of protons.