875 resultados para Metabolic flux analysis


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We investigated the seasonal patterns of Amazonian forest photosynthetic activity, and the effects thereon of variations in climate and land-use, by integrating data from a network of ground-based eddy flux towers in Brazil established as part of the ‘Large-Scale Biosphere Atmosphere Experiment in Amazonia’ project. We found that degree of water limitation, as indicated by the seasonality of the ratio of sensible to latent heat flux (Bowen ratio) predicts seasonal patterns of photosynthesis. In equatorial Amazonian forests (5◦ N–5◦ S), water limitation is absent, and photosynthetic fluxes (or gross ecosystem productivity, GEP) exhibit high or increasing levels of photosynthetic activity as the dry season progresses, likely a consequence of allocation to growth of new leaves. In contrast, forests along the southern flank of the Amazon, pastures converted from forest, and mixed forest-grass savanna, exhibit dry-season declines in GEP, consistent with increasing degrees of water limitation. Although previous work showed tropical ecosystem evapotranspiration (ET) is driven by incoming radiation, GEP observations reported here surprisingly show no or negative relationships with photosynthetically active radiation (PAR). Instead, GEP fluxes largely followed the phenology of canopy photosynthetic capacity (Pc), with only deviations from this primary pattern driven by variations in PAR. Estimates of leaf flush at three

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Trabajo Finde Título para obtener el Grado en Ciencia del Mar

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The Gaia space mission is a major project for the European astronomical community. As challenging as it is, the processing and analysis of the huge data-flow incoming from Gaia is the subject of thorough study and preparatory work by the DPAC (Data Processing and Analysis Consortium), in charge of all aspects of the Gaia data reduction. This PhD Thesis was carried out in the framework of the DPAC, within the team based in Bologna. The task of the Bologna team is to define the calibration model and to build a grid of spectro-photometric standard stars (SPSS) suitable for the absolute flux calibration of the Gaia G-band photometry and the BP/RP spectrophotometry. Such a flux calibration can be performed by repeatedly observing each SPSS during the life-time of the Gaia mission and by comparing the observed Gaia spectra to the spectra obtained by our ground-based observations. Due to both the different observing sites involved and the huge amount of frames expected (≃100000), it is essential to maintain the maximum homogeneity in data quality, acquisition and treatment, and a particular care has to be used to test the capabilities of each telescope/instrument combination (through the “instrument familiarization plan”), to devise methods to keep under control, and eventually to correct for, the typical instrumental effects that can affect the high precision required for the Gaia SPSS grid (a few % with respect to Vega). I contributed to the ground-based survey of Gaia SPSS in many respects: with the observations, the instrument familiarization plan, the data reduction and analysis activities (both photometry and spectroscopy), and to the maintenance of the data archives. However, the field I was personally responsible for was photometry and in particular relative photometry for the production of short-term light curves. In this context I defined and tested a semi-automated pipeline which allows for the pre-reduction of imaging SPSS data and the production of aperture photometry catalogues ready to be used for further analysis. A series of semi-automated quality control criteria are included in the pipeline at various levels, from pre-reduction, to aperture photometry, to light curves production and analysis.

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We have determined the flux of calcium, chloride and nitrate to the McMurdo Dry Valleys region by analysing snow pits for their chemical composition and their snow accumulation using multiple records spanning up to 48 years. The fluxes demonstrate patterns related to elevation and proximity to the ocean. In general, there is a strong relationship between the nitrate flux and snow accumulation, indicating that precipitation rates may have a great influence over the nitrogen concentrations in the soils of the valleys. Aeolian dust transport plays an important role in the deposition of some elements (e.g. C(2+)) into the McMurdo Dry Valleys' soils. Because of the antiquity of some of the soil surfaces in the McMurdo Dry Valleys regions, the accumulated atmospheric flux of salts to the soils has important ecological consequences. Although precipitation may be an important mechanism of salt deposition to the McMurdo Dry Valley surfaces, it is poorly understood because of difficulties in measurement and high losses from sublimation.

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Biosynthesis of sucrose from triacylglycerol requires the bypass of the CO2-evolving reactions of the tricarboxylic acid (TCA) cycle. The regulation of the TCA cycle bypass during lipid mobilization was examined. Lipid mobilization in Brassica napus was initiated shortly after imbibition of the seed and proceeded until 2 d postimbibition, as measured by in vivo [1-14C]acetate feeding to whole seedlings. The activity of NAD+-isocitrate dehydrogenase (a decarboxylative enzyme) was not detected until 2 d postimbibition. RNA-blot analysis of B. napus seedlings demonstrated that the mRNA for NAD+-isocitrate dehydrogenase was present in dry seeds and that its level increased through the 4 d of the experiment. This suggested that NAD+-isocitrate dehydrogenase activity was regulated by posttranscriptional mechanisms during early seedling development but was controlled by mRNA level after the 2nd or 3rd d. The activity of fumarase (a component of the nonbypassed section of the TCA cycle) was low but detectable in B. napus seedlings at 12 h postimbibition, coincident with germination, and increased for the next 4 d. RNA-blot analysis suggested that fumarase activity was regulated primarily by the level of its mRNA during germination and early seedling development. It is concluded that posttranscriptional regulation of NAD+-isocitrate dehydrogenase activity is one mechanism of restricting carbon flux through the decarboxylative section of the TCA cycle during lipid mobilization in germinating oilseeds.

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Peppermint (Mentha × piperita L.) was independently transformed with a homologous sense version of the 1-deoxy-d-xylulose-5-phosphate reductoisomerase cDNA and with a homologous antisense version of the menthofuran synthase cDNA, both driven by the CaMV 35S promoter. Two groups of transgenic plants were regenerated in the reductoisomerase experiments, one of which remained normal in appearance and development; another was deficient in chlorophyll production and grew slowly. Transgenic plants of normal appearance and growth habit expressed the reductoisomerase transgene strongly and constitutively, as determined by RNA blot analysis and direct enzyme assay, and these plants accumulated substantially more essential oil (about 50% yield increase) without change in monoterpene composition compared with wild-type. Chlorophyll-deficient plants did not afford detectable reductoisomerase mRNA or enzyme activity and yielded less essential oil than did wild-type plants, indicating cosuppression of the reductoisomerase gene. Plants transformed with the antisense version of the menthofuran synthase cDNA were normal in appearance but produced less than half of this undesirable monoterpene oil component than did wild-type mint grown under unstressed or stressed conditions. These experiments demonstrate that essential oil quantity and quality can be regulated by metabolic engineering. Thus, alteration of the committed step of the mevalonate-independent pathway for supply of terpenoid precursors improves flux through the pathway that leads to increased monoterpene production, and antisense manipulation of a selected downstream monoterpene biosynthetic step leads to improved oil composition.

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NMR spectroscopy was used to test recent proposals that the additional energy required for brain activation is provided through nonoxidative glycolysis. Using localized NMR spectroscopic methods, the rate of C4-glutamate isotopic turnover from infused [1-(13)C]glucose was measured in the somatosensory cortex of rat brain both at rest and during forepaw stimulation. Analysis of the glutamate turnover data using a mathematical model of cerebral glucose metabolism showed that the tricarboxylic acid cycle flux [(V(TCA)] increased from 0.49 +/- 0.03 at rest to 1.48 +/- 0.82 micromol/g/min during stimulation (P < 0.01). The minimum fraction of C4-glutamate derived from C1-glucose was approximately 75%, and this fraction was found in both the resting and stimulated rats. Hence, the percentage increase in oxidative cerebral metabolic rate of glucose use (CMRglc) equals the percentage increases in V(TCA) and cerebral metabolic rate of oxygen consumption (CMRO2). Comparison with previous work for the same rat model, which measured total CMRglc [Ueki, M., Linn, F. & Hossman, K. A. (1988) J. Cereb. Blood Flow Metab. 8, 486-4941, indicates that oxidative CMRglc supplies the majority of energy during sustained brain activation.

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A new approach to the analysis of metabolic pathways involving poorly water-soluble intermediates is proposed. It relies upon the ability of the hydrophobic intermediates formed by a sequence of intracellular reactions to cross the membrane(s) and partition between aqueous and organic phases, when cells are incubated in the presence of a nonpolar and nontoxic organic solvent. As a result of this thermodynamically driven efflux of the formed intermediates from the cell, they accumulate in the organic medium in sufficient quantities for GC-MS analysis and identification. This enables direct determination of the sequence of chemical reactions involved with no requirement for the isolation of each individual metabolite from a cell-free extract. The feasibility of the proposed methodology has been demonstrated by the elucidation of the biosynthesis of (R)-gamma-decalactone from (R)-ricinoleic acid catalyzed by the yeast Sporidiobolus ruinenii grown in the presence of decane. The corresponding 4-hydroxy-acid intermediates, formed in the course of beta-oxidation of (R)-ricinoleic acid, were simultaneously observed in a single experiment on the same chromatogram. Potential applications of this proposed methodology are briefly discussed.

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La documentation scientifique fait état de la présence, chez l’adulte, de cellules souches et progénitrices neurales (CSPN) endogènes dans les zones sous-ventriculaire et sous-granulaire du cerveau ainsi que dans le gyrus denté de l’hippocampe. De plus, un postulat selon lequel il serait également possible de retrouver ce type de cellules dans la moelle épinière et le néocortex des mammifères adultes a été énoncé. L’encéphalopathie de Wernicke, un trouble neurologique grave toutefois réversible qui entraîne un dysfonctionnement, voire une défaillance du cerveau, est causée principalement par une carence importante en thiamine (CT). Des observations récentes laissent envisager que les facteurs en cause dans la prolifération et la différenciation des CSPN pourraient également jouer un rôle important lors d’un épisode de CT. L’hypothèse, selon laquelle l’identification de nouveaux métabolites entrant dans le mécanisme ou la séquence de réactions se soldant en une CT pourraient en faciliter la compréhension, a été émise au moyen d'une démarche en cours permettant d’établir le profil des modifications métaboliques qui surviennent en de telles situations. Cette approche a été utilisée pour constater les changements métaboliques survenus au niveau du foyer cérébral dans un modèle de rats déficients en thiamine (rats DT), particulièrement au niveau du thalamus et du colliculus inférieur (CI). La greffe de CSPN a quant à elle été envisagée afin d’apporter de nouvelles informations sur la participation des CSPN lors d’un épisode de CT et de déterminer les bénéfices thérapeutiques potentiels offerts par cette intervention. Les sujets de l’étude étaient répartis en quatre groupes expérimentaux : un premier groupe constitué de rats dont la CT était induite par la pyrithiamine (rats DTiP), un deuxième groupe constitué de rats-contrôles nourris ensemble (« pair-fed control rats » ou rats PFC) ainsi que deux groupes de rats ayant subi une greffe de CSPN, soit un groupe de rats DTiP greffés et un dernier groupe constitué de rats-contrôles (rats PFC) greffés. Les échantillons de foyers cérébraux (thalamus et CI) des quatre groupes de rats ont été prélevés et soumis à des analyses métabolomiques non ciblées ainsi qu’à une analyse visuelle par microscopie à balayage électronique (SEM). Une variété de métabolites-clés a été observée chez les groupes de rats déficients en thiamine (rats DTiP) en plus de plusieurs métabolites dont la documentation ne faisait pas mention. On a notamment constaté la présence d’acides biliaires, d’acide cynurénique et d’acide 1,9— diméthylurique dans le thalamus, alors que la présence de taurine et de carnosine a été observée dans le colliculus inférieur. L’étude a de plus démontré une possible implication des CSPN endogènes dans les foyers cérébraux du thalamus et du colliculus inférieur en identifiant les métabolites-clés ciblant les CSPN. Enfin, les analyses par SEM ont montré une amélioration notable des tissus à la suite de la greffe de CSPN. Ces constatations suggèrent que l’utilisation de CSPN pourrait s’avérer une avenue thérapeutique intéressante pour soulager la dégénérescence symptomatique liée à une grave carence en thiamine chez l’humain.

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Gene expression studies from hematopoietic stem cell (HSC) populations purified to variable degrees have defined a set of sternness genes. Unexpectedly, results also hinted toward a HSC chromatin poised in a wide-open state. With the aim of providing a robust tool for further studies into the molecular biology of HSCs, the studies herein describe the construction and comparative molecular analysis of A-phage cDNA libraries from highly purified HSCs that retained their long-term repopulating activities (long-term HSCs [LT-HSCs]) and from short-term repopulating HSCs that were largely depleted of these activities. Microarray analysis of the libraries confirmed the previous results but also revealed an unforeseen preferential expression of translation- and metabolism-associated genes in the LT-HSCs. Therefore, these data indicate that HSCs are quiescent only in regard of proliferative activities but are in a state of readiness to provide the metabolic and translational activities required after induction of proliferation and exit from the HSC pool.

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Huntington’s disease (HD) is an autosomal neurodegenerative disorder affecting approximately 5-10 persons per 100,000 worldwide. The pathophysiology of HD is not fully understood but the age of onset is known to be highly dependent on the number of CAG triplet repeats in the huntingtin gene. Using 1H NMR spectroscopy this study biochemically profiled 39 brain metabolites in post-mortem striatum (n=14) and frontal lobe (n=14) from HD sufferers and controls (n=28). Striatum metabolites were more perturbed with 15 significantly affected in HD cases, compared with only 4 in frontal lobe (P<0.05; q<0.3). The metabolite which changed most overall was urea which decreased 3.25-fold in striatum (P<0.01). Four metabolites were consistently affected in both brain regions. These included the neurotransmitter precursors tyrosine and L-phenylalanine which were significantly depleted by 1.55-1.58-fold and 1.48-1.54-fold in striatum and frontal lobe, respectively (P=0.02-0.03). They also included L-leucine which was reduced 1.54-1.69-fold (P=0.04-0.09) and myo-inositol which was increased 1.26-1.37-fold (P<0.01). Logistic regression analyses performed with MetaboAnalyst demonstrated that data obtained from striatum produced models which were profoundly more sensitive and specific than those produced from frontal lobe. The brain metabolite changes uncovered in this first 1H NMR investigation of human HD offer new insights into the disease pathophysiology. Further investigations of striatal metabolite disturbances are clearly warranted.

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A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.