Determinación del potencial alelopático de cultivares de arroz (Oryza sativa L.) más frecuentemente empleados en la Mesopotamia

El arroz (Oryza sativa L.) es una especie cultivada en todo el mundo y las malezas constituyen uno de los principales factores que afectan su producción. El conocimiento del potencial alelopático de los diferentes cultivares regionales resulta fundamental en términos de posibles estrategias para el control de las mismas. Se evaluó el potencial alelopático en cultivares de arroz utilizados en la Mesopotamia argentina frente a Echinochloa crus galli L. A través de boiensayos RST (Relay Seeding Technique) se determinó que los cultivares El Paso 144 (EP) y Bluebonnet 50 (BB) presentaron mayor bioactividad que Cambá, Yeruá, Irga 147 y Supremo 13. Los posibles aleloquímicos relacionados al potencial inhibitorio fueron evaluados en las raíces de los dos cultivares fuertemente activos (EP) y (BB) y el menos bioactivo (Supremo 13). Mediante técnicas cromatográficas (CG y CLAR) y espectroscópicas (RMN 1H y 13C y EM) se determinó la presencia de hidrocarburos, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y sus ésteres metílicos en los extractos no polares. Los cultivares alelopáticos (BB y EP) presentaron mayor proporción de compuestos oxigenados que el no alelopático (Supremo 13). Se informa por primera vez la cetona 6,10,14-trimetil-2-pentadecanona en un cultivar de arroz alelopático. Todos los cultivares de arroz produjeron los ácidos cafeico, vanilico, siríngico, ferúlico y p-cumárico, siendo la concentración de este último mayor en los alelopáticos. En los extractos metanólicos de los cultivares alelopáticos se determinó la presencia del 3-O-? -D-glucopiranósido de sitosterol y de las momilactonas A y B que fueron caracterizadas por técnicas espectroscópicas. Estos resultados son los primeros en relació n al cultivo de arroz en Argentina y tienen utilidad potencial en el control de malezas, en términos del manejo sustentable de los agroecosistemas arroceros.

Solvation Structure and Transport of Acidic Protons in Ionic Liquids: A First-principles Simulation Study

Ab initio simulations of a single molecule of HCl in liquid dimethyl imidazolium chloride [dmim][Cl] show that the acidic proton exists as a symmetric, linear ClHCl- species. Details of the solvation structure around this molecule are given. The proton-transfer process was investigated by applying a force along the antisymmetric stretch coordinate until the molecule broke. Changes in the free energy and local solvation structure during this process were investigated. In the reaction mechanism identified, a free chloride approaches the proton from the side. As the original ClHCl- distorts and the incoming chloride forms a new bond to the proton, one of the original chlorine atoms is expelled and a new linear molecule is formed.

Glucose solvation by the ionic liquid 1,3-dimethylimidazolium chloride: A simulation study

Simulations of beta-glucose in the ionic liquid 1,3-dimethylimidazoliurn chloride have been performed in order to examine the solvation environment of the carbohydrate. Both single molecule and 1:5 glucose:ionic liquid (16.7 wt %) solutions are Studied, and the hydrogen bonding between sugar and solvent is examined. The primary solvation shell around the perimeter of the glucose ring consists predominantly of chloride anions which hydrogen bond to the hydroxyl groups. A small presence of the cation is also found, with the association Occurring through the weakly acidic hydrogen at the 2-position of the imidazolium ring interacting with the oxygen atoms of the sugar secondary hydroxyls. An average chloride coordination number of 4 is found around the glucose for both the single molecule and high concentration Simulations, despite the reduced chloride:glucose ratio in the latter case. In relation to the cation, the glucose molecules occupy positions above and below the plane of the imidazolium ring. Importantly, even at high glucose concentrations, no significant change in the anion-cation interactions and overall liquid structure of the ionic liquid is found, indicating that the glucose is readily accommodated by the solvent at this concentration. Dominant contributions to the sugar-ionic liquid interaction energy come from favorable hydrogen bonding (electrostatic) interactions between hydroxyls and chlorides, although a small favorable van der Waals energy contribution is also seen between the sugar and cations suggesting that the cation could be tailored in order to further improve the dissolution of glucose/cellulose in ionic liquid systems.

Dressing Plasmons in Particle-in-Cavity Architectures

Placing metallic nanoparticles inside cavities, rather than in dimers, greatly improves their plasmonic response. Such particle-in-cavity (PIC) hybrid architectures are shown to produce extremely strong field enhancement at the particle cavity junctions, arising from the cascaded focusing of large optical cross sections into small gaps. These simply constructed PIC structures produce the strongest field enhancement for coupled nanoparticles, up to 90% stronger than for a dimer. The coupling is found to follow a universal power law with particle surface separation, both for field enhancements and resonant wavelength shifts. Significantly enhanced Raman signals are experimentally observed for molecules adsorbed in such PIC structures, in quantitive agreement with theoretical calculations. PIC architectures may have important implications in many applications, such as reliable single molecule sensing and light harvesting in plasmonic photovoltaic devices.

Engineering of Vis-NIR Metamaterials towards Revolutionary Ultrasensitive and Versatile Plasmonic Biosensors

By enabling subwavelength light localization and strong electromagnetic field enhancement, plasmonic biosensors have opened up a new realm of possibilities for a broad range of chemical and biological sensing applications owing to their label-free and real-time attributes. Although significant progress has been made, many fundamental and practical challenges still remain to be addressed. For instance, the plasmonic biosensors are nonselective sensing platforms; they are not well-suited to provide information regarding conformation or chemical fingerprint of unknown biomolecules. Furthermore, tunability of the plasmonic resonance in visible frequency regime is still limited; this will prevent their efficient and reproducible exploitation in single-molecule sensitivity. Here, we show that by engineering geometry of plasmonic metamaterials,1 consisting of periodic arrays of artificial split-ring resonators (SRRs), the plasmonic resonance of metamaterials could be tuned to visible-near infrared regimes (Vis-NIR) such that it allows parallel acquisition of optical transmission and highly surface-enhanced Raman (SERS) spectra from large functionalized SRR arrays. The Au SRRs were designed in form of alphabet letters (U, V, S, H, Y) with various line width (from 80 to 30 nm). By tailoring their size and shape, plasmonic resonance wavelength of the SRRs could be actively tuned so that it gives the strongest SERS effect under given excitation energy and polarization for biological and organic molecules. On the other hand, the plasmonic tunability was also achieved for a given SRR pattern by tuning the laser wavelength to obtain the highest electromagnetic field enhancement. The geometry- and laser-tunable channels typically provide an electromagnetic field enhancement as high as 20 times. This will provide the basis of versatile and multichannel devices for identification of different conformational states of Guanine-rich DNA, detection of a cancer biomarker nucleolin, and femtomolar sensitivity detection of food and drink additives. These results show that the tunable Vis-IR metamaterials are very versatile biosensing platforms and suggest considerable promise in genomic research, disease diagnosis, and food safety analysis.

Probing confinement resonances by photoionizing Xe inside a C60+ molecular cage

Double photoionization accompanied by loss of n C atoms (n=0, 2, 4, 6) was investigated by merging beams of Xe@C60+ ions and synchrotron radiation and measuring the yields of product ions. The giant 4d dipole resonance of the caged Xe atom has a prominent signature in the cross section for these product channels, which together account for 6.2 ± 1.4 of the total Xe 4d oscillator strength of 10. Compared to that for a free Xe atom, the oscillator strength is redistributed in photon energy due to multipath interference of outgoing Xe 4d photoelectron waves that may be transmitted or reflected by the spherical C60+ molecular cage, yielding so-called confinement resonances. The data are compared with an earlier measurement and with theoretical predictions for this single-molecule photoelectron interferometer system. Relativistic R-matrix calculations for the Xe atom in a spherical potential shell representing the fullerene cage show the sensitivity of the interference pattern to the molecular geometry. © 2013 American Physical Society.

4-Quinolonas: novos métodos de síntese e transformação em acridonas

A presente dissertação é constituída por quatro capítulos, organizados em introdução geral, discussão do trabalho desenvolvido na síntese de quinolin-4(1H)-onas e acridonas, caracterização estrutural dos novos compostos sintetizados e parte experimental. No primeiro capítulo desta dissertação é apresentada uma breve revisão bibliográfica de quinolin-4(1H)-onas e acridonas, abrangendo a respectiva nomenclatura, ocorrência natural e métodos de síntese. O segundo capítulo engloba estudos da reactividade de (E)-2-estirilquinolin-4(1H)-onas e (E)-N-(2-acetilfenil)-3-arilacrilamidas como dienófilos com o-benzoquinodimetanos, gerados in situ a partir da extrusão quelotrópica do dióxido de enxofre de 2,2-dióxidos de 1,3-di-hidrobenzo[c]tiofenos. Estes estudos conduziram à obtenção de novas 2-(3-aril-1,2,3,4-tetra-hidronaftalen-2-il)-1-metilquinolin-4(1H)-onas e análogos não substituídos no átomo de azoto N1 da quinolin-4(1H)-ona. Em seguida foram estudadas as reações de desidrogenação e fotociclização dos compostos obtidos anteriormente, com vista à obtenção de novas 2-(3-arilnaftalen-2-il)-1-metilquinolin-4(1H)-onas, análogos não substituídos em N1 e de novas acridonas. No segundo capítulo também é abordada a síntese dos compostos precursores, as (E)-N-(2-acetilfenil)-3-arilacrilamidas, as (E)-2-estirilquinolin-4(1H)-onas e os 2,2-dióxidos de 1,3-di-hidrobenzo[c]tiofenos. No terceiro capitulo é discutida a caracterização estrutural das novas quinolin-4(1H)-onas e acridona sintetizadas, com estudos de espetroscopia de ressonância magnética nuclear 1D (1H e 13C) e 2D (homo- e heteronuclear). O quarto capítulo inclui toda a parte experimental, contendo os procedimentos optimizados para a síntese e purificação destes compostos, e a caracterização estrutural dos novos compostos sintetizados.

Investigation of structural effects on the reactivity of heterocyclic bioactive compounds

Tese de dout., Química, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2008

Taking nanomedicine teaching into practice with atomic force microscopy and force spectroscopy

© 2015 The American Physiological Society

Global methylation state at base-pair resolution of the Caulobacter genome throughout the cell cycle.

The Caulobacter DNA methyltransferase CcrM is one of five master cell-cycle regulators. CcrM is transiently present near the end of DNA replication when it rapidly methylates the adenine in hemimethylated GANTC sequences. The timing of transcription of two master regulator genes and two cell division genes is controlled by the methylation state of GANTC sites in their promoters. To explore the global extent of this regulatory mechanism, we determined the methylation state of the entire chromosome at every base pair at five time points in the cell cycle using single-molecule, real-time sequencing. The methylation state of 4,515 GANTC sites, preferentially positioned in intergenic regions, changed progressively from full to hemimethylation as the replication forks advanced. However, 27 GANTC sites remained unmethylated throughout the cell cycle, suggesting that these protected sites could participate in epigenetic regulatory functions. An analysis of the time of activation of every cell-cycle regulatory transcription start site, coupled to both the position of a GANTC site in their promoter regions and the time in the cell cycle when the GANTC site transitions from full to hemimethylation, allowed the identification of 59 genes as candidates for epigenetic regulation. In addition, we identified two previously unidentified N(6)-methyladenine motifs and showed that they maintained a constant methylation state throughout the cell cycle. The cognate methyltransferase was identified for one of these motifs as well as for one of two 5-methylcytosine motifs.

Étude du couplage entre les sous-unités du canal potassique KcsA par des mesures de spectroscopie de fluorescence en canal unitaire

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Investigation of the structure and dynamics of the centromeric epigenetic mark

Le centromère est le site chromosomal où le kinetochore se forme, afin d’assurer une ségrégation fidèles des chromosomes et ainsi maintenir la ploïdie appropriée lors de la mitose. L’identité du centromere est héritée par un mécanisme épigénétique impliquant une variante de l’histone H3 nommée centromere protein-A (CENP-A), qui remplace l’histone H3 au niveau de la chromatine du centromère. Des erreurs de propagation de la chromatine du centromère peuvent mener à des problèmes de ségrégation des chromosomes, pouvant entraîner l’aneuploïdie, un phénomène fréquemment observé dans le cancer. De plus, une expression non-régulée de CENP-A a aussi été rapportée dans différentes tumeurs humaines. Ainsi, plusieurs études ont cherchées à élucider la structure et le rôle de la chromatine contenant CENP-A dans des cellules en prolifération. Toutefois, la nature moléculaire de CENP-A en tant que marqueur épigénétique ainsi que ces dynamiques à l'extérieur du cycle cellulaire demeurent des sujets débat. Dans cette thèse, une nouvelle méthode de comptage de molécules uniques à l'aide de la microscopie à réflexion totale interne de la fluorescence (TIRF) sera décrite, puis exploitée afin d'élucider la composition moléculaire des nucléosomes contenant CENP-A, extraits de cellules en prolifération. Nous démontrons que les nucléosomes contenant CENP-A marquent les centromères humains de façon épigénétique à travers le cycle cellulaire. De plus, nos données démontrent que la forme prénucléosomale de CENP-A, en association avec la protéine chaperon HJURP existe sous forme de monomère et de dimère, ce qui reflète une étape intermédiaire de l'assemblage de nucléosomes contenant CENP-A. Ensuite, des analyses quantitatives de centromères lors de différenciation myogénique, et dans différents tissus adultes révèlent des changements globaux qui maintiennent la marque épigénétique dans une forme inactive suite à la différentiation terminale. Ces changements incluent une réduction du nombre de points focaux de CENP-A, un réarrangement des points dans le noyau, ainsi qu'une réduction importante de la quantité de CENP-A. De plus, nous démontrons que lorsqu'une dédifférenciation cellulaire est induite puis le cycle cellulaire ré-entamé, le phénotype "différencié" décrit ci-haut est récupéré, et les centromères reprennent leur phénotype "prolifératif". En somme, cet oeuvre décrit la composition structurale sous-jacente à l'identité épigénétique des centromères de cellules humaines lors du cycle cellulaire, et met en lumière le rôle de CENP-A à l'extérieur du cycle cellulaire.

Étude de l'oligomérisation et de la fonction de canaux ioniques par spectroscopie de fluorescence et fluorométrie en voltage imposé

La fonction des canaux ioniques est finement régulée par des changements structuraux de sites clés contrôlant l’ouverture du pore. Ces modulations structurales découlent de l’interaction du canal avec l’environnement local, puisque certains domaines peuvent être suffisamment sensibles à des propriétés physico-chimiques spécifiques. Les mouvements engendrés dans la structure sont notamment perceptibles fonctionnellement lorsque le canal ouvre un passage à certains ions, générant ainsi un courant ionique mesurable selon le potentiel électrochimique. Une description détaillée de ces relations structure-fonction est cependant difficile à obtenir à partir de mesures sur des ensembles de canaux identiques, puisque les fluctuations et les distributions de différentes propriétés individuelles demeurent cachées dans une moyenne. Pour distinguer ces propriétés, des mesures à l’échelle de la molécule unique sont nécessaires. Le but principal de la présente thèse est d’étudier la structure et les mécanismes moléculaires de canaux ioniques par mesures de spectroscopie de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. Les études sont particulièrement dirigées vers le développement de nouvelles méthodes ou leur amélioration. Une classe de toxine formeuse de pores a servi de premier modèle d’étude. La fluorescence à l’échelle de la molécule unique a aussi été utilisée pour l’étude d’un récepteur glutamate, d’un récepteur à la glycine et d’un canal potassique procaryote. Le premier volet porte sur l’étude de la stœchiométrie par mesures de photoblanchiment en temps résolu. Cette méthode permet de déterminer directement le nombre de monomères fluorescents dans un complexe isolé par le décompte des sauts discrets de fluorescence suivant les événements de photoblanchiment. Nous présentons ici la première description, à notre connaissance, de l’assemblage dynamique d’une protéine membranaire dans un environnement lipidique. La toxine monomérique purifiée Cry1Aa s’assemble à d’autres monomères selon la concentration et sature en conformation tétramérique. Un programme automatique est ensuite développé pour déterminer la stœchiométrie de protéines membranaires fusionnées à GFP et exprimées à la surface de cellules mammifères. Bien que ce système d’expression soit approprié pour l’étude de protéines d’origine mammifère, le bruit de fluorescence y est particulièrement important et augmente significativement le risque d’erreur dans le décompte manuel des monomères fluorescents. La méthode présentée permet une analyse rapide et automatique basée sur des critères fixes. L’algorithme chargé d’effectuer le décompte des monomères fluorescents a été optimisé à partir de simulations et ajuste ses paramètres de détection automatiquement selon la trace de fluorescence. La composition de deux canaux ioniques a été vérifiée avec succès par ce programme. Finalement, la fluorescence à l’échelle de la molécule unique est mesurée conjointement au courant ionique de canaux potassiques KcsA avec un système de fluorométrie en voltage imposé. Ces enregistrements combinés permettent de décrire la fonction de canaux ioniques simultanément à leur position et densité alors qu’ils diffusent dans une membrane lipidique dont la composition est choisie. Nous avons observé le regroupement de canaux KcsA pour différentes compositions lipidiques. Ce regroupement ne paraît pas être causé par des interactions protéine-protéine, mais plutôt par des microdomaines induits par la forme des canaux reconstitués dans la membrane. Il semble que des canaux regroupés puissent ensuite devenir couplés, se traduisant en ouvertures et fermetures simultanées où les niveaux de conductance sont un multiple de la conductance « normale » d’un canal isolé. De plus, contrairement à ce qui est actuellement suggéré, KcsA ne requiert pas de phospholipide chargé négativement pour sa fonction. Plusieurs mesures indiquent plutôt que des lipides de forme conique dans la phase cristalline liquide sont suffisants pour permettre l’ouverture de canaux KcsA isolés. Des canaux regroupés peuvent quant à eux surmonter la barrière d’énergie pour s’ouvrir de manière coopérative dans des lipides non chargés de forme cylindrique.

Dissection du processus d’export des ARNm nucléaires par des approches de molécules uniques chez Saccharomyces cerevisae

Enfermer le porteur de l’information génétique dans le noyau a obligée la cellule a créé un système de transport complexe, qui permet l’export d’un ARNm du noyau au cytoplasme. Le mécanisme général de l’export des ARNm est encore mal connu, même si les facteurs principaux ont été découverts il y a longtemps. De récents progrès en microscopie nous ont permis d’étudier directement le comportement des ARNm durant le processus d’export. Durant ma maitrise, nous avons été capables de localiser et suivre des ARNm en temps réel pour la première fois chez Saccharomyces cerevisiae. Nous avons créé un gène rapporteur en mettant le gène GLT1 sous le contrôle du promoteur GAL1. Nous avons aussi marqué l’ARNm de GLT1 avec plusieurs boucles PP7. L’ARNm sera visible après l’attachement de plusieurs protéines PP7-GFP aux boucles. En utilisant la technique d’imagerie en cellules vivantes, nous sommes capable de visualiser et suivre chaque ARNm, depuis son relâchement du site de transcription jusqu’à l’export. Une fois relâché du site de transcription, l’ARNm diffuse librement dans le nucléoplasme, mais une fois à la périphérie nucléaire, il commence à « scanner » l’enveloppe nucléaire avant d’être exporté. Nous avons trouvé que le « scanning » dépend de la présence des Myosin Like Proteins (Mlp1p et Mlp2p), protéines qui forment le panier nucléaire, car suite à la délétion de MLP1 et MLP2, les ARNm n’étaient plus capable de « scanner ». Nous avons également trouvé que la partie C-terminale de Mlp1p était nécessaire au « scanning ». De plus, suite à la délétion du gène TOM1, gène codant pour une ubiquitine ligase, les ARNm ont un comportement similaire aux ARNm d’une souche ∆mlp1/mlp2, suggérant que le « scanning » permet à Tom1p d’ubiquitiner Yra1p, ce qui causera son relâchement de l’ARNm. Également, nous avons montré que les ARNm endogènes MDN1 et CBL2 scannent aussi la périphérie nucléaire. Ensemble, nos résultats suggèrent que le scanning est un processus par lequel passent tout les ARNm nucléaire lorsqu’ils se retrouvent à la périphérie du noyau, pour initier plusieurs étapes de réarrangements nécessaires à leurs export. De plus, nous avons examiné le rôle de Yhr127p, une protéine nouvellement identifiée qui se lie à l’ARN. Après avoir marqué cette protéine avec la GFP, nous avons montré qu’elle forme des foci dans le noyau et que ces derniers vont disparaitre suite à l’arrêt de la transcription. La délétion de YHR127 à conduit à une augmentation de la transcription de quelques gènes spécifiques, mais n’affecte pas la capacité de la cellule à exporter les ARNm. Nos résultats suggèrent que cette protéine joue un rôle dans la régulation de la transcription et/ou dans la stabilité de l’ARNm.

Architectures radiales hétéro-poly-métalliques pour la photosynthèse artificielle et le stockage de l'information

Par une approche supramoléculaire, des architectures radiales hétéro-poly-métalliques ont été réalisées pour des applications en photosynthèse artificielle et en magnétisme moléculaire. Dans une première partie, la synthèse et la caractérisation (spectroscopie UV-vis, émission, électrochimique, DRX) de complexes de ruthénium(II), possédant une gamme de ligands polypyridines, ont été réalisées. Les calculs théoriques ont été effectués afin de soutenir l’interprétation des propriétés photophysiques. Ces complexes, présentant un certain nombre de pyridines externes, ont servi de cœur à des architectures à base de rhénium tris-carbonyles (pour les effets d’antenne), et de cobaloximes (pour les propriétés catalytiques). Les nucléarités obtenues varient de 2 à 7 selon le cœur utilisé. Ces systèmes ont été engagés dans des cycles de photo-production de dihydrogène, démontrant une meilleure efficacité que la référence du domaine, le [Ru(bpy)3]2+. La seconde partie concerne l’étude de couples de métaux de transition, construits à partir de briques polycyanométallates, ou de lanthanides pontés par des ligands oxamides. Ces approches « complexes comme ligand » puis « assemblages comme ligand » permettent d’obtenir des systèmes de haute nucléarité, présentant des propriétés de molécule-aimant ou des effets magnéto-caloriques (à base de CrNi, GdCu, DyCu). Des propriétés photomagnétiques ont été observées sur les couples RuCu et MoCu, pouvant servir de commutateurs moléculaires dans des systèmes complexes. Enfin, une structure hétéro-tétra-métallique trifonctionnelle a été obtenue contenant à la fois un commutateur MoCu, une entité molécule-aimant CuTb et un complexe de ruthénium.