Cl- and regulation of pH by MDCK-C11 cells

The interaction between H+ extrusion via H+-ATPase and Cl- conductance was studied in the C11 clone of MDCK cells, akin to the intercalated cells of the collecting duct. Cell pH (pHi) was measured by fluorescence microscopy using the fluorescein-derived probe BCECF-AM. Control recovery rate measured after a 20 mM NH4Cl acid pulse was 0.136 ± 0.008 pH units/min (dpHi/dt) in Na+ Ringer and 0.032 ± 0.003 in the absence of Na+ (0 Na+). With 0 Na+ plus the Cl- channel inhibitor NPPB (10 µM), recovery was reduced to 0.014 ± 0.001 dpHi/dt. 8-Br-cAMP, known to activate CFTR Cl- channels, increased dpHi/dt in 0 Na+ to 0.061 ± 0.009 and also in the presence of 46 nM concanamycin and 50 µM Schering 28080. Since it is thought that the Cl- dependence of H+-ATPase might be due to its electrogenic nature and the establishment of a +PD (potential difference) across the cell membrane, the effect of 10 µM valinomycin at high (100 mM) K+ was tested in our cells. In Na+ Ringer, dpHi/dt was increased, but no effect was detected in 0 Na+ Ringer in the presence of NPPB, indicating that in intact C11 cells the effect of blocking Cl- channels on dpHi/dt was not due to an adverse electrical gradient. The effect of 100 µM ATP was studied in 0 Na+ Ringer solution; this treatment caused a significant inhibition of dpHi/dt, reversed by 50 µM Bapta. We have shown that H+-ATPase present in MDCK C11 cells depends on Cl- ions and their channels, being regulated by cAMP and ATP, but not by the electrical gradient established by electrogenic H+ transport.

Assessment of fructooligosaccharides production from sucrose in aqueous and aqueous-organic systems using immobilized inulinase from Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571

This work investigated the fructooligosaccharides (FOS) synthesis by immobilized inulinase obtained from Kluyveromyces marxianus NRRL Y-7571 in aqueous and aqueous-organic systems using sucrose as substrate. The sequential strategy of experimental design was used to optimize the FOS conversion in both systems. For the aqueous-organic system, a 2(6-2) fractional design was carried out to evaluate the effects of temperature, sucrose concentration, pH, aqueous/organic ratio, enzyme activity, and polyethylene glycol concentration. For the aqueous system, a central composite design for the enzyme activity and the sucrose concentration was carried out. The highest fructooligosaccharides yield (Y FOS) for the aqueous-organic system was 18.2 ± S0.9 wt%, at 40 ºC, pH 5.0, sucrose concentration of 60% (w/w), enzyme activity of 4 U.mL-1, and aqueous/organic ratio of 25/75 wt%. The highest Y FOS for the aqueous system was 14.6 ± 0.9 wt% at 40 ºC, pH 5.0, sucrose concentration of 60 wt%, and enzyme activity of 4.0 U.mL-1.

Synthèse de brosses de polyélectrolytes par polymérisation initiée depuis une surface de mica et étude de leur réponse en fonction du pH et de la force ionique

Cette thèse rapporte le greffage chimique de brosses de polymères neutres de poly(acrylate de tert-butyle) (PtBA) et de brosses chargées d’acide polyacrylique (PAA) sur des substrats de mica afin d’étudier leur conformation en fonction de la densité de greffage, du pH et de la force ionique. Le greffage est réalisé par polymérisation contrôlée par transfert d’atome (ATRP) initiée depuis la surface de mica afin de contrôler la croissance du polymère et sa densité de greffage. L’étude de la conformation des brosses de PtBA et de PAA a été menée avec la technique AFM en mesurant les épaisseurs des films à sec et gonflés sous différentes conditions de solvant, de pH et de force ionique. Une monocouche d’amorceurs est tout d’abord greffée sur du mica porteur de groupes hydroxyles créés par plasma (Ar/H2O). Cette couche a été caractérisée par des mesures d’angle de contact et par la technique TOF-SIMS. L’amorceur greffé a ensuite permis d’initier l’ATRP directement depuis la surface pour former des brosses neutres de PtBA liés de façon covalente au mica. La croissance linéaire de l’épaisseur du film avec la masse molaire du polymère en solution et le taux de conversion montre que la polymérisation est contrôlée. De plus, la ré-initiation des chaînes greffées atteste du caractère vivant de la polymérisation. L’hydrolyse des brosses de PtBA, confirmée par des mesures d’angle de contact, d’épaisseur et par FT-IR, conduit à des brosses de PAA. Les différentes couches greffées sont stables à l’air, en milieu organique et en milieu aqueux et leur gonflement est réversible. Le degreffage de la couche de PAA est observé suite à une longue exposition à pH basique. Cette étude représente le premier exemple de brosses greffées chimiquement sur du mica par polymérisation initiée depuis la surface. La variation des paramètres de la réaction de greffage de l’amorceur, tels que la concentration et la durée de réaction, a permis de contrôler le taux de recouvrement de l’amorceur et la densité de greffage du polymère. Une grande gamme de taux de recouvrement de l’amorceur est accessible et se traduit par un intervalle de densités de greffage allant de faibles à élevées (e.g. 0,04 chaîne/nm2 à 0,5 chaîne/nm2). L’étude de la conformation des chaînes de PtBA dans le DMF montre que cet intervalle de densités recouvre le régime crêpe au régime brosse. Le gonflement de brosses de PAA et la variation de la hauteur de la brosse L ont été étudiés en fonction de la densité de greffage, du pH et du sel ajouté cs (NaCl). Une transition brusque de collapsée à étirée est observée avec l’augmentation du pH, indépendamment de la densité de greffage. A pH neutre, les brosses sont collapsées et se comportent comme des brosses neutres en mauvais solvant. A pH basique, les brosses sont gonflées et chargées et se trouvent dans un régime de Pincus caractéristique des polyélectrolytes forts. En présence de sel, les charges sont partiellement écrantées et les répulsions électrostatiques dominent toujours dans la brosse. Cette étude contribue à une meilleure compréhension du comportement complexe des brosses de polyélectrolytes faibles et apporte un soutien expérimental à la théorie sur le comportement de ces brosses.

Synthesis of polyelectrolyte brushes on silica-based substrates through surface-initiated polymerization : brush characterization and responsiveness to variation in pH and ionic strength

Les brosses de polyélectrolytes font l’objet d’une attention particulière pour de nombreuses applications car elles présentent la capacité de changer de conformation et, par conséquent, de propriétés de surface en réponse aux conditions environnementales appliquées. Le contrôle des principaux paramètres de ces brosses telles que l'épaisseur, la composition et l'architecture macromoléculaire, est essentiel pour obtenir des polymères greffés bien définis. Ceci est possible avec la Polymérisation Radicalaire par Transfert d’Atomes - Initiée à partir de la Surface (PRTA-IS), qui permet la synthèse de brosses polymériques de manière contrôlée à partir d’une couche d'amorceurs immobilisés de manière covalente sur une surface. Le premier exemple d’une synthèse directe de brosses de poly(acide acrylique) (PAA) par polymérisation radicalaire dans l’eau a été démontré. Par greffage d’un marqueur fluorescent aux brosses de PAA et via l’utilisation de la microscopie de fluorescence par réflexion totale interne, le dégreffage du PAA en temps réel a pu être investigué. Des conditions environnementales de pH ≥ 9,5 en présence de sel, se sont avérées critiques pour la stabilité de la liaison substrat-amorceur, conduisant au dégreffage du polymère. Afin de protéger de l’hydrolyse cette liaison substrat-amorceur sensible et prévenir le dégreffage non souhaité du polymère, un espaceur hydrophobique de polystyrène (PS) a été inséré entre l'amorceur et le bloc de PAA stimuli-répondant. Les brosses de PS-PAA obtenues étaient stables pour des conditions extrêmes de pH et de force ionique. La réponse de ces brosses de copolymère bloc a été étudiée in situ par ellipsométrie, et le changement réversible de conformation collapsée à étirée, induit par les variations de pH a été démontré. De plus, des différences de conformation provenant des interactions du bloc de PAA avec des ions métalliques de valence variable ont été obtenues. Le copolymère bloc étudié semble donc prometteur pour la conception de matériaux répondant rapidement a divers stimuli. Par la suite, il a été démontré qu’un acide phosphonique pouvait être employé en tant qu’ amorceur PRTA-IS comme alternative aux organosilanes. Cet amorceur phosphonate a été greffé pour la première fois avec succès sur des substrats de silice et une PRTA-IS en milieux aqueux a permis la synthèse de brosses de PAA et de poly(sulfopropyl méthacrylate). La résistance accrue à l’hydrolyse de la liaison Sisubstrat-O- Pamorceur a été confirmée pour une large gamme de pH 7,5 à 10,5 et a permis l’étude des propriétés de friction des brosses de PAA sous différentes conditions expérimentales par mesure de forces de surface. Malgré la stabilité des brosses de PAA à haute charge appliquée, les études des propriétés de friction ne révèlent pas de changement significatif du coefficient de friction en fonction du pH et de la force ionique.

Characterization of glutaraldehyde-immobilized chymotrypsin and an in-situ immobilized enzyme reactor using capillary electrophoresis-based peptide mapping

La digestion enzymatique des protéines est une méthode de base pour les études protéomiques ainsi que pour le séquençage en mode « bottom-up ». Les enzymes sont ajoutées soit en solution (phase homogène), soit directement sur le gel polyacrylamide selon la méthode déjà utilisée pour l’isolation de la protéine. Les enzymes protéolytiques immobilisées, c’est-à-dire insolubles, offrent plusieurs avantages tels que la réutilisation de l’enzyme, un rapport élevé d’enzyme-sur-substrat, et une intégration facile avec les systèmes fluidiques. Dans cette étude, la chymotrypsine (CT) a été immobilisée par réticulation avec le glutaraldehyde (GA), ce qui crée des particules insolubles. L’efficacité d’immobilisation, déterminée par spectrophotométrie d’absorbance, était de 96% de la masse totale de la CT ajouté. Plusieurs différentes conditions d’immobilisation (i.e., réticulation) tels que la composition/pH du tampon et la masse de CT durant la réticulation ainsi que les différentes conditions d’entreposage tels que la température, durée et humidité pour les particules GA-CT ont été évaluées par comparaison des cartes peptidiques en électrophorèse capillaire (CE) des protéines standards digérées par les particules. Les particules de GA-CT ont été utilisés pour digérer la BSA comme exemple d’une protéine repliée large qui requit une dénaturation préalable à la digestion, et pour digérer la caséine marquée avec de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC) comme exemple d’un substrat dérivé afin de vérifier l’activité enzymatique du GA-CT dans la présence des groupements fluorescents liés au substrat. La cartographie peptidique des digestions par les particules GA-CT a été réalisée par CE avec la détection par absorbance ultraviolet (UV) ou fluorescence induite par laser. La caséine-FITC a été, en effet, digérée par GA-CT au même degré que par la CT libre (i.e., soluble). Un microréacteur enzymatique (IMER) a été fabriqué par immobilisation de la CT dans un capillaire de silice fondu du diamètre interne de 250 µm prétraité avec du 3-aminopropyltriéthoxysilane afin de fonctionnaliser la paroi interne avec les groupements amines. Le GA a été réagit avec les groupements amine puis la CT a été immobilisée par réticulation avec le GA. Les IMERs à base de GA-CT étaient préparé à l’aide d’un système CE automatisé puis utilisé pour digérer la BSA, la myoglobine, un peptide ayant 9 résidus et un dipeptide comme exemples des substrats ayant taille large, moyenne et petite, respectivement. La comparaison des cartes peptidiques des digestats obtenues par CE-UV ou CE-spectrométrie de masse nous permettent d’étudier les conditions d’immobilisation en fonction de la composition et le pH du tampon et le temps de réaction de la réticulation. Une étude par microscopie de fluorescence, un outil utilisé pour examiner l’étendue et les endroits d’immobilisation GA-CT dans l’IMER, ont montré que l’immobilisation a eu lieu majoritairement sur la paroi et que la réticulation ne s’est étendue pas si loin au centre du capillaire qu’anticipée.

A sensitive fibre optic pH sensor using multiple sol–gel coatings

The fabrication and characterization of a fibre optic pH sensor based on evanescent wave absorption is presented. The unclad portion of a multi-mode optical fibre is coated with a pH sensitive dye, which is immobilized by the sol–gel route. The sensitivity of the device has been found to increase when multiple sol–gel coatings are used as the sensing region. The dynamic range and the temporal response of the sensor are investigated for two different dyes, namely bromocresol purple and bromocresol green. The performance of the device is evaluated in terms of the results obtained during actual measurements.

A sensitive fibre optic pH sensor using multiple sol–gel coatings

The fabrication and characterization of a fibre optic pH sensor based on evanescent wave absorption is presented. The unclad portion of a multi-mode optical fibre is coated with a pH sensitive dye, which is immobilized by the sol–gel route. The sensitivity of the device has been found to increase when multiple sol–gel coatings are used as the sensing region. The dynamic range and the temporal response of the sensor are investigated for two different dyes, namely bromocresol purple and bromocresol green. The performance of the device is evaluated in terms of the results obtained during actual measurements

A sensitive fibre optic pH sensor using multiple sol–gel coatings

The fabrication and characterization of a fibre optic pH sensor based on evanescent wave absorption is presented. The unclad portion of a multi-mode optical fibre is coated with a pH sensitive dye, which is immobilized by the sol–gel route. The sensitivity of the device has been found to increase when multiple sol–gel coatings are used as the sensing region. The dynamic range and the temporal response of the sensor are investigated for two different dyes, namely bromocresol purple and bromocresol green. The performance of the device is evaluated in terms of the results obtained during actual measurements

Glucoamylase immobilized on montmorillonite: influence of nature of binding on surface properties of clay-support and activity of enzyme

Glucoamylase was immobilized on acid activated montmorillonite clay via two different procedures namely adsorption and covalent binding. The immobilized enzymes were characterized by XRD, NMR and N2 adsorption measurements and the activity of immobilized glucoamylase for starch hydrolysis was determined in a batch reactor. XRD shows intercalation of enzyme into the clay matrix during both immobilization procedures. Intercalation occurs via the side chains of the amino acid residues, the entire polypeptide backbone being situated at the periphery of the clay matrix. 27Al NMR studies revealed the different nature of interaction of enzyme with the support for both immobilization techniques. N2 adsorption measurements indicated a sharp drop in surface area and pore volume for the covalently bound glucoamylase that suggested severe pore blockage. Activity studies were performed in a batch reactor. The adsorbed and covalently bound glucoamylase retained 49% and 66% activity of the free enzyme respectively. They showed enhanced pH and thermal stabilities. The immobilized enzymes also followed Michaelis–Menten kinetics. Km was greater than the free enzyme that was attributed to an effect of immobilization. The immobilized preparations demonstrated increased reusability as well as storage stability.

Fixed bed reactor performance of invertase immobilized on montmorillonite

Invertase was immobilized on acid activated montmorillonite via two independent procedures, adsorption and covalent binding. The immobilized enzymes were characterized by XRD, NMR and N2 adsorption measurements and their activity was tested in a fixed bed reactor. XRD revealed that the enzyme was situated on the periphery of the clay and the side chains of different amino acid residues were involved in intercalation with the clay matrix. NMR demonstrated that tetrahedral Al was linked to the enzyme during adsorption and the octahedral Al was involved during covalent binding. Secondary interaction of the enzyme with Al was also observed. N2 adsorption studies showed that covalent binding of enzymes caused pore blockage since the highly polymeric species were located at the pore entrance. The fixed bed reactor proved to be efficient for the immobilized invertase. The optimum pH and pH stability improved upon immobilization. The kinetic parameters calculated also showed an enhanced efficiency of the immobilized systems. They could be used continuously for long period. Covalently bound invertase demonstrated greater operational stability.

A sensitive fibre optic pH sensor using multiple sol-gel coatings

The fabrication and characterization of a fibre optic pH sensor based on evanescent wave absorption is presented. The unclad portion of a multi-mode optical fibre is coated with a pH sensitive dye, which is immobilized by the sol–gel route. The sensitivity of the device has been found to increase when multiple sol–gel coatings are used as the sensing region. The dynamic range and the temporal response of the sensor are investigated for two different dyes, namely bromocresol purple and bromocresol green. The performance of the device is evaluated in terms of the results obtained during actual measurements.

Continuous Production of Extracellular L-Glutaminase by Ca-Alginate-Immobilized Marine Beauveria bassiana BTMF S-10 in Packed-Bed Reactor

L-Glutamine amidohydrolase (L-glutaminase, EC 3.5.1.2) is a therapeutically and industrially important enzyme. Because it is a potent antileukemic agent and a flavor-enhancing agent used in the food industry, many researchers have focused their attention on L-glutaminase. In this article, we report the continuous production of extracellular L-glutaminase by the marine fungus Beauveria bassiana BTMF S-10 in a packed-bed reactor. Parameters influencing bead production and performance under batch mode were optimized in the order-support (Na-alginate) concentration, concentration of CaCl2 for bead preparation, curing time of beads, spore inoculum concentration, activation time, initial pH of enzyme production medium, temperature of incubation, and retention time. Parameters optimized under batch mode for L-glutaminase production were incorporated into the continuous production studies. Beads with 12 × 108 spores/g of beads were activated in a solution of 1% glutamine in seawater for 15 h, and the activated beads were packed into a packed-bed reactor. Enzyme production medium (pH 9.0) was pumped through the bed, and the effluent was collected from the top of the column. The effect of flow rate of the medium, substrate concentration, aeration, and bed height on continuous production of L-glutaminase was studied. Production was monitored for 5 h in each case, and the volumetric productivity was calculated. Under the optimized conditions for continuous production, the reactor gave a volumetric productivity of 4.048 U/(mL·h), which indicates that continuous production of the enzyme by Ca-alginate-immobilizedspores is well suited for B. bassiana and results in a higher yield of enzyme within a shorter time. The results indicate the scope of utilizing immobilized B. bassiana for continuous commercial production of L-glutaminase

Effect of pH, temperature and surface contact on the elaboration of fimbriae and flagella by Salmonella serotype Enteritidis

Survival of enteric pathogens exposed to various environmental stresses depends upon a number of protective responses, some of which are associated with induction of virulence determinants. Flagella and fimbriae are putative virulence determinants of Salmonella spp, and ELISAs specific for the detection of flagella and SEF21, SEF14 and SEF17 fimbriae were used to assess the effect of temperature and pH upon their elaboration by isolates of Salmonella serotype Enteritidis in planktonic growth and on the surface of two-dimensional gradient agar plates, For three phage type 4 isolates of Enteritidis of comparative clinical provenance, similar phenotypes for the elaboration of these surface antigens were observed. SEF14 fimbriae were elaborated in planktonic growth at 37 degrees C, but not 20 degrees C, at pH 4.77 and above but not at pH 4.04; whereas on agar gradient plates SEF14 fimbriae were elaborated poorly but with best yields at pH 4.04, SEF17 fimbriae were elaborated in planktonic growth at 20 degrees C, but not at 37 degrees C, at pH 6.18 and above but not at pH 5.09 or below; whereas on agar gradient plates SEF17 fimbriae were elaborated well even at pH 4.65, SEF21 fimbriae were expressed very poorly under all conditions tested, Planktonic growth at 37 degrees C induced least flagella whereas growth at 20 degrees C, and particularly surface growth at lower pH values, induced a 'hyper-flagellate' phenotype, Single colonies allowed to form on gradient agar plates were shown to generate different colonial morphologies which were dependent on initial pH. These results demonstrate that the physicochemical environment is an important determinant of bacterial response, especially the induction of putative virulence factors.

Environmental controls on the distribution and diversity of lentic Chironomidae (Insecta: Diptera) across an altitudinal gradient in tropical South America

To predict the response of aquatic ecosystems to future global climate change, data on the ecology and distribution of keystone groups in freshwater ecosystems are needed. In contrast to mid- and high-latitude zones, such data are scarce across tropical South America (Neotropics). We present the distribution and diversity of chironomid species using surface sediments of 59 lakes from the Andes to the Amazon (0.1–17°S and 64–78°W) within the Neotropics. We assess the spatial variation in community assemblages and identify the key variables influencing the distributional patterns. The relationships between environmental variables (pH, conductivity, depth, and sediment organic content), climatic data, and chironomid assemblages were assessed using multivariate statistics (detrended correspondence analysis and canonical correspondence analysis). Climatic parameters (temperature and precipitation) were most significant in describing the variance in chironomid assemblages. Temperature and precipitation are both predicted to change under future climate change scenarios in the tropical Andes. Our findings suggest taxa of Orthocladiinae, which show a preference to cold high-elevation oligotrophic lakes, will likely see range contraction under future anthropogenic-induced climate change. Taxa abundant in areas of high precipitation, such as Micropsectra and Phaenopsectra, will likely become restricted to the inner tropical Andes, as the outer tropical Andes become drier. The sensitivity of chironomids to climate parameters makes them important bio-indicators of regional climate change in the Neotropics. Furthermore, the distribution of chironomid taxa presented here is a vital first step toward providing urgently needed autecological data for interpreting fossil chironomid records of past ecological and climate change from the tropical Andes.

Controlled fabrication of gold nanoparticles biomediated by glucose oxidase immobilized on chitosan layer-by-layer films

The control of size and shape of metallic nanoparticles is a fundamental goal in nanochemistry, and crucial for applications exploiting nanoscale properties of materials. We present here an approach to the synthesis of gold nanoparticles mediated by glucose oxidase (GOD) immobilized on solid substrates using the Layer-by-Layer (LbL) technique. The LbL films contained four alternated layers of chitosan and poly(styrene sulfonate) (PSS), with GOD in the uppermost bilayer adsorbed on a fifth chitosan layer: (chitosan/PSS)(4)/(chitosan/GOD). The films were inserted into a solution containing gold salt and glucose, at various pHs. Optimum conditions were achieved at pH 9, producing gold nanoparticles of ca. 30 nm according to transmission electron microscopy. A comparative study with the enzyme in solution demonstrated that the synthesis of gold nanoparticles is more efficient using immobilized GOD. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.