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Specialized astrocytes mediate glutamatergic gliotransmission in the CNS


Multimodal astrocyte–neuron communications govern brain circuitry assembly and function1. For example, through rapid glutamate release, astrocytes can control excitability, plasticity and synchronous activity2,3 of synaptic networks, while also contributing to their dysregulation in neuropsychiatric conditions4,5,6,7. For astrocytes to communicate through fast focal glutamate release, they should possess an apparatus for Ca2+-dependent exocytosis similar to neurons8,9,10. However, the existence of this mechanism has been questioned11,12,13 owing to inconsistent data14,15,16,17 and a lack of direct supporting evidence. Here we revisited the astrocyte glutamate exocytosis hypothesis by considering the emerging molecular heterogeneity of astrocytes18,19,20,21 and using molecular, bioinformatic and imaging approaches, together with cell-specific genetic tools that interfere with glutamate exocytosis in vivo. By analysing existing single-cell RNA-sequencing databases and our patch-seq data, we identified nine molecularly distinct clusters of hippocampal astrocytes, among which we found a notable subpopulation that selectively expressed synaptic-like glutamate-release machinery and localized to discrete hippocampal sites. Using GluSnFR-based glutamate imaging22 in situ and in vivo, we identified a corresponding astrocyte subgroup that responds reliably to astrocyte-selective stimulations with subsecond glutamate release events at spatially precise hotspots, which were suppressed by astrocyte-targeted deletion of vesicular glutamate transporter 1 (VGLUT1). Furthermore, deletion of this transporter or its isoform VGLUT2 revealed specific contributions of glutamatergic astrocytes in cortico-hippocampal and nigrostriatal circuits during normal behaviour and pathological processes. By uncovering this atypical subpopulation of specialized astrocytes in the adult brain, we provide insights into the complex roles of astrocytes in central nervous system (CNS) physiology and diseases, and identify a potential therapeutic target.

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Calotropis procera (Aiton) Dryand Evaluación de la actividad antibacteriana y antifúngica
de los extractos etanólico y acuoso de sus hojas

extractos de Calotropis procera (Aiton) Dryand

AutoresMijail Mijares Bullaín Galardis
Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Facultad de Ciencias Agropecuarias

Raúl Carlos López Sánchez
Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Facultad de Ciencias Agropecuarias

Roberto Carlos Muñoz Leyva
Departamento de Producción Vegetal. Facultad de Ciencias Agropecuarias

José Ángel Morales León
Centro de estudios de Química Aplicada. Facultad de Ciencias Técnicas.
Universidad de Granma. Peralejo. Provincia Granma. Cuba

Róbinson Hermosilla Espinoza
Centro de estudios de Química Aplicada. Facultad de Ciencias Técnicas.
Universidad de Granma. Peralejo. Provincia Granma. Cuba

Contacto: mbullaing@udg.co.cu

Resumen
En Cuba Calotropis procera (Aiton) Dryand.se emplea como planta medicinal. De las hojas se obtuvieron los extractos etanólico y acuoso mediante la extracción asistida por ultrasonido y se llevaron a sequedad por rotoevaporación. La actividad antibacteriana y antifúngica se evaluó mediante el método de difusión en agar por diseminación superficial en disco de Bauer-Kirby con modificaciones. Los extractos no mostraron actividad frente a las bacterias Bacillus subtilis, Escherichia coli, Salmonella typhimurium y Staphylococcus aureus; y tampoco inhibieron el crecimiento de las levaduras Candida albicans y Saccharomyces cerevisiae. El tamizaje fitoquímico preliminar mostró la presencia de grupos de metabolitos secundarios con actividad antimicrobiana pero en pequeñas cantidades lo que pudo influir en los resultados obtenidos.

Palabras clave: Calotropisprocera, actividad antibacteriana, actividad antifúngica, tamizaje fitoquímico

Summary
In Cuba Calotropis procera (Aiton) Dryand is used as a medicinal plant. From the leaves, the ethanolic and aqueous extracts were obtained by ultrasound-assisted extraction and brought to dryness by rotoevaporation. The antibacterial and antifungal activity of the extracts was evaluated by means the diffusion method in agar by superficial disc dissemination of Bauer-Kirby with modifications.The extracts showed no activity against the bacteria Bacillus subtilis, Escherichia coli, Salmonella typhimurium and Staphylococcus aureus; and they also did not inhibit the growth of the yeasts Candida albicans and Saccharomyces cerevisiae. The preliminary phytochemical screening showed the presence of groups of secondary metabolites with antimicrobial activity but in small quantities which could influence the results obtained.

Keywords: Calotropis procera, antibacterial activity, antifungal activity, phytochemical screening

Introducción
Desde tiempos inmemoriales, en las diferentes culturas, el hombre ha utilizado las plantas medicinales para tratar y curar diversas enfermedades causadas por microorganismos patógenos. En la actualidad se observa un fenómeno de multirresistencia a los agentes antimicrobianos convencionales debido, entre otras causas, a su uso indiscriminado.

Esta situación, así como la aparición de efectos indeseables de ciertos antibióticos, ha llevado a los científicos a investigar nuevas sustancias antimicrobianas a partir de plantas consideradas popularmente medicinales [1].

Debido a esta problemática, una de las más serias que enfrenta la ciencia médica en la actualidad, organizaciones como la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Organización Panamericana de la Salud (OPS) han promovido el desarrollo de programas para la identificación, investigación, cultivo y conservación de plantas medicinales como fuente natural de principios activos para la obtención de nuevos agentes antimicrobianos.

Para realizar este trabajo resulta importante tener en cuenta el conocimiento empírico acumulado por la población en cuanto al manejo y uso de estas especies de plantas e incorporar los conocimientos técnicos especializados para optimizar estos procesos y favorecer de forma efectiva la conservación de estos importantes recursos filogenéticos [2].

La flora cubana es muy rica y variada, presenta más de un 50% de endemismo y, en algunas zonas entre el 70% y 80% de las especies tienen propiedades medicinales, sin embargo, ha sido poco estudiada, lo que ha limitado su explotación y aprovechamiento [3-5].

Calotropis procera (Aiton) Dryand., de la familia Apocynaceae, es conocida por los nombre comunes algodón de ceda, bomba, tula [6], algodón de la India [7], en Cuba se le nombra algodón americano, algodón de Judea, algodón de seda, algodón de playa, árbol de Judea, árbol de seda, cazuela, estrella de Holanda y estrella del norte [8].

Las raíces, el látex y la corteza de las raíces de la planta se emplean en la medicina tradicional para inducir el vómito y como laxante natural. Es también utilizada para combatir los síntomas provocados por diferentes enfermedades cutáneas (lepra, infecciones cutáneas bacterianas) y otras enfermedades como la sífilis [9]. Se le atribuyen también propiedades antinflamatorias y antisépticas [10].

Los reportes hallados en las fuentes consultadas sugieren que los extractos etanólico y acuoso de hojas de C. procera presentan actividad antibacteriana y antifúngica.

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Revista QuímicaViva
ISSN 1666-7948
www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar
Número 1, año 18, Abril 2019
quimicaviva@qb.fcen.uba.ar

The Bend + Libration Combination Band Is an Intrinsic, Collective, and Strongly Solute-Dependent Reporter on the Hydrogen Bonding Network of Liquid Water


Citations: J. Phys. Chem. B 122, 9, 2587-2599

Water is an extensively self-associated liquid due to its extensive hydrogen bond (H-bond) forming ability. The resulting H-bonded network fluid exhibits nearly continuous absorption of light from the terahertz to the near-IR region.

The relatively weak bend+libration water combination band (centered at 2130 cm–1) has been largely overlooked as a reporter of liquid water’s structure and dynamics despite its location in a convenient region of the IR for spectroscopic study. The intermolecular nature of the combination band leads to a unique absorption signal that reports collectively on the rigidity of the H-bonding network in the presence of many different solutes. This study reports comprehensively how the combination band acts as an intrinsic and collective probe in various chemically and biologically relevant solutions, including salts of varying character, denaturants, osmolytes, crowders, and surfactants that form reverse micelles and micelles. While we remark on changes in the line width and intensity of this combination band, we mainly focus on the frequency and how the frequency reports on the collective H-bonding network of liquid water.

We also comment on the “association band” moniker often applied to this band and how to evaluate discrete features in this spectral region that sometimes appear in the IR spectra of specific kinds of aqueous samples of organic solutes, especially those with very high solute concentrations, with the conclusion that most of these discrete spectral features come exclusively from the solutes and do not report on the water. Contrasts are drawn throughout this work between the collective and delocalized reporting ability of the combination band and the response of more site-specific vibrations like the much-investigated OD stretch of HDO in H2O: the combination band is a unique reporter of H-bonding structure and dynamics and fundamentally different than any local mode probe.

Since this band appears as the spectroscopic “background” for many local-mode reporter groups, we note the possibility of observing both local and collective solvent dynamics at the same time in this spectral region.

Fuente: ACS Publications

High Throughput Screening Method for Systematic Surveillance of Drugs of Abuse by Multisegment Injection–Capillary Electrophoresis–Mass Spectrometry


AutoresAlicia DiBattista†, Dianne Rampersaud‡, Howard Lee‡, Marcus Kim§, and Philip Britz-McKibbin*†
† Department of Chemistry and Chemical Biology, McMaster University, Hamilton L8S 4L8, Canada
‡ Seroclinix Corporation, Mississauga, ON L4W 5B9, Canada
§ Agilent Technologies Inc., Mississauga, ON L5N 5M4, Canada
*E-mail: britz@mcmaster.ca.

Abstract
New technologies are urgently required for reliable drug screening given a worldwide epidemic of prescription drug abuse and its devastating socioeconomic impacts on public health. Primary screening of drugs of abuse (DoA) currently relies on immunoassays that are prone to bias and are not applicable to detect an alarming array of psychoactive stimulants, tranquilizers, and synthetic opioids. These limitations impact patient safety when monitoring for medication compliance, drug substitution, or misuse/abuse and require follow-up confirmatory testing by more specific yet lower throughput instrumental methods. Herein, we introduce a high throughput platform for nontargeted screening of a broad spectrum of DoA and their metabolites based on multisegment injection–capillary electrophoresis–mass spectrometry (MSI–CE–MS). We demonstrate that MSI–CE–MS enables serial injections of 10 samples within a single run (<3 min/sample) where multiplexed electrophoretic separations are coupled to high resolution MS with full-scan data acquisition. Unambiguous drug identification was achieved by four or more independent parameters, including comigration with a deuterated internal standard or in silico prediction of electromigration behavior together with accurate mass, most likely molecular formula, as well as MS/MS as required for confirmation testing. Acceptable precision was demonstrated for over 50 DoA at 3 concentration levels over 4 days (median coefficient of variance = 13%, n = 117) with minimal ion suppression, isobaric interferences, and sample carry-over (<1%). This approach offers a rapid yet accurate method for simultaneous detection and identification of DoA at their recommended screening cutoff levels in human urine while allowing for systematic surveillance, specimen verification, and retrospective testing of designer drugs that elude conventional drug tests.

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Singlet–Triplet Gaps
through Incremental Full Configuration Interaction ACS Publications



CitationSinglet–Triplet Gaps through Incremental Full Configuration Interaction
Paul M. Zimmerman (paulzim@umich.edu)
The Journal of Physical Chemistry A Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.jpca.7b03998

The method of increments is herein applied to produce accurate singlet–triplet gaps in a variety of challenging polyatomic systems involving main group elements. This strategy computes incremental Full Configuration Interaction (iFCI) energies for the two spin states in a size-extensive n-body expansion. iFCI avoids exponential costs when n is small and thus is dependent on choice of reference function to maintain good accuracy at polynomial cost. The new algorithm presented in this article therefore employs a high-spin perfect pairing reference to capture the major qualities of the singlet and triplet wave functions at n = 0. Systematic studies will show that singlet–triplet gap predictions approach 1 kcal/mol accuracy at small n (n ≤ 3) compared with available experimental and high-level theoretical values.

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Ácido Fusárico micotoxina producida por Fusarium spp.
Su efecto sobre Pseudomonas protegens Pf-5


AutoresEvangelina M. Bernar
embernar@qb.ffyb.uba.ar (EMB)

Jimena A. Ruiz
jruiz@agro.uba.ar (JAR)

Departamento de Química Biológica e Instituto de Bioquímica y Biofísica, Facultad de Farmacia y Bioquímica, Universidad de Buenos Aires, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Argentina.

Resumen

El ácido fusárico es un metabolito producido por diversas especies de hongos fitopatógenos del género Fusarium. Existen diversos trabajos que demuestran que este compuesto es tóxico para células vegetales y de mamíferos. P. protegens Pf-5 es una bacteria conocida por sus propiedades de supresión de diversos fitopatógenos del suelo, entre ellos Fusarium spp., sin embargo existe inconsistencia en cuanto a la eficacia de biocontrol de estos fitopatógenos. Teniendo en cuenta la toxicidad del ácido fusárico en células vegetales y de mamíferos, el objetivo de este trabajo fue evaluar la toxicidad y estudiar los efectos del ácido fusárico en distintas características relacionadas con el biocontrol en P. protegens Pf-5.

Los resultados obtenidos demuestran que el ácido fusárico afecta negativamente el crecimiento, pero incrementa la formación de biopelículas. Por otro lado, cuando P. protegens Pf-5 se cultivó en presencia de ácido fusárico, se observó un notable incremento en la producción del sideróforo pioverdina, asi como un aumento en la producción de biosurfactantes y en la cantidad de especies reactivas de oxígeno. Mediante titulación espectrofotométrica se pudo determinar que el ácido fusárico es capaz de quelar hierro.

De acuerdo con los datos obtenidos en este trabajo, el ácido fusárico es tóxico para P. protegens Pf-5, lo cual incidiría negativamente en la eficacia de biocontrol de enfermedades de marchitamiento causadas por Fusarium spp. productores de ácido fusárico. Entre los mecanismos de toxicidad se encontrarian el secuestro de hierro y el estrés oxidativo.

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Revista QuímicaViva
ISSN 1666-7948 www.quimicaviva.qb.fcen.uba.arNúmero 3, año 15, Diciembre 2016 quimicaviva@qb.fcen.uba.ar

La Música: Química, Emoción y Cerebro Osvaldo Fustinoni

Música, química, emoción y cerebro

AutorOsvaldo Fustinoni
Médico neurólogo, doctor de la UBA y profesor de neurología

La música, expresión humana exclusiva, es singularmente abstracta. No traduce significados cognitivos concretos, pero evoca, en cambio, emociones intensas. No se comprende tanto como se siente. No es indispensable para vivir, pero satisface nuestros más profundos anhelos de emoción. La emoción probablemente precedió a la cognición, el canto y la danza al lenguaje hablado, el lenguaje metafórico al literal o científico, y la poesía a la prosa [1].

La emoción musical se manifiesta físicamente por la exaltación de un sector del sistema nervioso autónomo (o sea independiente de la voluntad): el sistema adrenérgico. Este genera adrenalina, hormona de la excitación y los impulsos, que causa taquicardia, aumento de la presión arterial y del ritmo respiratorio, transpiración palmar, dilatación pupilar y tensión muscular. Estas manifestaciones físicas no se diferencian de las causadas por otras emociones, como las afectivas, miedo, peligro o erotismo. La onda de activación adrenérgica es el gran amplificador común. Por eso, podemos percibir que una persona se encuentra "emocionada", pero no podemos saber por qué [2].

Como sabemos, el sistema nervioso está integrado por neuronas. La comunicación interneuronal se hace por sinapsis, transmisión química a través del mínimo espacio intersináptico existente entre una neurona y otra. La sinapsis se efectúa por medio de neurotransmisores, sustancias químicas que por impulso de la neurona presináptica se liberan al espacio intersináptico y actúan sobre receptores específicos situados sobre la membrana de la neurona siguiente, postsináptica, desencadenando un nuevo impulso. El neurotransmisor modifica la permeabilidad iónica de la membrana, originando un potencial eléctrico, y se inactiva rápidamente, una vez logrado el impulso, ya sea por degradación, o por recaptación por parte de las terminaciones presinápticas, hasta que la neurona es estimulada de nuevo.

Hay múltiples neurotransmisores. Los más relevantes son acetilcolina, adrenalina, dopamina y serotonina. Dan lugar a sinapsis colinérgicas (que regulan la cognición), adrenérgicas (que controlan funciones vegetativas, emoción, excitación e ira), dopaminérgicas (sinergia motora y conducta) y serotoninérgicas (estado de ánimo y afecto). El funcionamiento de estos sistemas puede ser consciente o inconsciente.

Tal obra musical nos “conmueve”, nos “estremece” o nos “hace llorar", y entonces la vivimos como fuente de gran placer y belleza. La emoción es intensa, el placer es físico y espiritual. Otras veces, la reacción emocional es de desagrado y rechazo. Pero es difícil que una obra musical nos deje indiferentes.

Ya William James y Carl Lange sugirieron que esta reacción emocional se manifiesta inicialmente en un nivel inconsciente. Se origina en un estímulo externo, emocional y ascendente (bottom up, es decir, de abajo hacia arriba), inconsciente, con repercusión física y psicológica involuntaria (“me puso la piel de gallina”, “me hizo llorar”), que finalmente alcanza un nivel consciente en nuestra corteza cerebral. Esta evalúa entonces la naturaleza de ese estímulo, e induce la vivencia consciente, cognitiva y descendente (top down, de arriba hacia abajo), de placer/aceptación o desagrado/rechazo, que es la “sensación” subjetiva que advertimos como corolario de la experiencia [3].

Hay varias estructuras cerebrales que intervienen en el desencadenamiento de esta reacción emocional, y se encuentran en la base del cerebro.

Una es el hipotálamo, situado sobre la hipófisis, que regula funciones vegetativas, emociones, hambre, temperatura corporal y sueño. Además, controla la actividad hormonal de dicha glándula, que a su vez coordina la de las restantes glándulas endócrinas.

La estación intermedia, generadora e inductora de la reacción adrenérgica, se encuentra en el tronco cerebral y es el llamado locus coeruleus, interconectado con las estructuras superiores, cerebrales, e inferiores, medulares, mediadoras de la reacción emocional.

Situada en la profundidad del lóbulo temporal, adyacente a la línea media, también la amígdala (llamada así, como la de la garganta, por su forma de almendra) interviene en la percepción del placer musical: cuando escuchamos una melodía que nos causa placer, se activa la amígdala izquierda y se desactiva la derecha. Lo contrario ocurre con la música disonante, que induce sensación subjetiva de displacer. La melodía constituye el gran componente emocional de la música. Si se la elude, como ocurre con la música atonal, predomina la sensación de displacer.

Pero además, la amígdala regula las sensaciones de alarma y miedo, (vivencia de la música que sugiere suspenso o peligro), el aprendizaje emocional, la conducta sexual, la consolidación de la memoria de largo plazo, la relación entre emociones, cognición y la toma de decisiones, y, en última instancia, la cognición social. Por sus abundantes interconexiones con las restantes estructuras y también con la corteza cerebral, la amígdala es el gran regulador de la vida emocional humana.

La música placentera estimula asimismo el núcleo accumbens, que se vincula a sensaciones de recompensa, risa, placer, adicción y miedo, y se activa también con la excitación sexual, la cocaína, y el chocolate, de frecuente consumo en los espectáculos musicales. “Sexo, drogas y rock and roll” tienen así su razón de ser.

Por último, la noción consciente de nuestras reacciones emocionales despunta en la ínsula, uno de los lóbulos del cerebro, y finalmente se integra y analiza en otras áreas de la corteza cerebral.

Hipotálamo, locus coeruleus, amígdala, y núcleo accumbens son así los grandes mediadores inconscientes de nuestras emociones, y la corteza su evaluador consciente.

Pero al unificar, intensificar, contagiar y sobre todo sincronizar sus efectos, la desinhibición conductual que la música genera resulta mayor que la provocada por otras emociones. Induce mayor comunicación entre las personas, mayor estimulación afectiva, mayor contacto emotivo y mayor activación física.

Y todo por un neurotransmisor: ¡la adrenalina!

Referencias:
1. Fustinoni O, Yorio A (2013) Música y cerebro Ciencia e Investigación 63: 31-38.
2. Fustinoni O (2015) El cerebro y la música Emoción, creación e interpretación El Ateneo, Buenos Aires.
3. Kandel E (2012) The Age of Insight. The Quest to Understand the Unconscious in Art, Mind and Brain. From Vienna 1900 to the present Random House, Nueva York.

Revista QuímicaViva
ISSN 1666-7948
www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar
Número 1, año 15, Abril 2016
quimicaviva@qb.fcen.uba.ar

Simulating Gas–Liquid−Water Partitioning and Fluid Properties of Petroleum under Pressure
Implications for Deep-Sea Blowouts


With the expansion of offshore petroleum extraction, validated models are needed to simulate the behaviors of petroleum compounds released in deep (>100 m) waters.

We present a thermodynamic model of the densities, viscosities, and gas–liquid−water partitioning of petroleum mixtures with varying pressure, temperature, and composition based on the Peng–Robinson equation-of-state and the modified Henry’s law (Krychevsky−Kasarnovsky equation). The model is applied to Macondo reservoir fluid released during the Deepwater Horizon disaster, represented with 279–280 pseudocomponents, including 131–132 individual compounds. We define >n-C8 pseudocomponents based on comprehensive two-dimensional gas chromatography (GC × GC) measurements, which enable the modeling of aqueous partitioning for n-C8 to n-C26 fractions not quantified individually. Thermodynamic model predictions are tested against available laboratory data on petroleum liquid densities, gas/liquid volume fractions, and liquid viscosities. We find that the emitted petroleum mixture was ∼29–44% gas and ∼56–71% liquid, after cooling to local conditions near the broken Macondo riser stub (∼153 atm and 4.3 °C). High pressure conditions dramatically favor the aqueous dissolution of C1−C4 hydrocarbons and also influence the buoyancies of bubbles and droplets. Additionally, the simulated densities of emitted petroleum fluids affect previous estimates of the volumetric flow rate of dead oil from the emission source.

Simulating Gas–Liquid−Water Partitioning and Fluid Properties of Petroleum under Pressure: Implications for Deep-Sea Blowouts
Jonas Gros, Christopher M. Reddy, Robert K. Nelson, Scott A. Socolofsky, and J. Samuel Arey Environmental Science & Technology Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.est.5b04617

Fuente: ACS Publications

New Type of Hydrogen Bond Discovered David Bradley

New type of hydrogen bond discovered
© American Chemical Society

An entirely new class of hydrogen bond that forms between a boron–hydrogen group and the aromatic, π-electron system of a benzene ring has been discovered. The non-classical B–H…π bond can be seen in the gas phase locking together diborane and benzene with a strength comparable to the hydrogen bonds that hold water dimers together.

Dieter Cremer and Wenli Zou of the computational and theoretical chemistry group at Southern Methodist University, Dallas in the US, worked with coordination chemists from Nanjing University in China to investigate the theory of non-classical hydrogen bonds that might form between a B–H group and organic structures and to demonstrate one such system experimentally.

Non-covalent bonds between aromatic rings and a hydrogen joined to either a carbon, nitrogen or oxygen atom, are common and critical in molecular biology. These relatively weak electrostatic bonds are the currency of countless biomolecular interactions between proteins, nucleic acids and the milieu of molecules on which life relies. Theoreticians and experimentalists have looked closely at many of these bonds and modelled the likes of benzene–haloalkane, benzene–ammonia and benzene–water complexes. Such bonds in, for example, carborane systems have hinted at a new approach to drug design in which a B–H group interacts with a proton donor in a target biomolecule. However, an interaction between a B–H and an aromatic ring had not been observed until now.

The team points out that given the usual trend with such systems one might expect boron's electropositive character to make any interaction between a B–H compound and an aromatic ring repulsive rather than attractive. Of course, the bonding in diborane is itself rather unusual with its two-electron, but three-centre motif. The team suspected that the B–H group that might otherwise be repelled by a benzene ring would, in the case of diborane, be stabilised because the bonding hydrogen atom would have a residual positive charge.

The team's quantum chemical calculations suggest that just such a bond should exist and that the interaction would be electrostatic. They generated the non-classical bond between diborane and an aryl group in a phosphine derivative of iridium-dimercapto-carborane complex. X-ray diffraction revealed the distance between the hydrogen atom and the π ring system to be between 2.40 and 2.76Å.

Cremer tells Chemistry World that the iridium complexes seem to form oligomers, so the next step in their work will be to look for the possibility of making compartments. ‘We are also looking at the possibilities for switching the B–H H-bond on and off,’ he says.

‘Chemists are still fascinated by hydrogen bonding interactions almost 100 years after Latimer and Rodebush first proposed the now classic concept,’ says Scott Cockroft of the University of Edinburgh, UK, who has investigated the strength of non-covalent interactions. ‘This work by Yan, Cremer and co-workers adds another example to the growing menagerie of non-classical hydrogen bonds that involve atypical H-bond donors and acceptors.'


References
X Zhang et al, J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b01249

¡Las proteínas son mosaicos! Diego U. Ferreiro


AutorDiego U. Ferreiro
Profesor e investigador de CONICET
ferreiro@qb.fcen.uba.ar
Laboratorio de Fisiología de Proteínas - Departamento de Química Biológica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires. IQUIBICEN/CONICET

Más de cinco veces vi la película ‘El Milagro de P. Tinto’ [1]. La primera me sorprendí, la segunda me divertí, la tercera no la entendí, la cuarta la disfruté, la quinta ya no pude distinguir sensaciones, una argamasa de impresiones sacudidas sin agitación. Repetir es re-observar, es recrear, reelegir, repensar, re­sentir.

¡Las proteínas son mosaicos! repetía en una y otra y otra clase el profesor DJ Goldstein. La primera vez entendí que buscaba que prestemos atención a la existencia del enlace polipeptídico. Las proteínas de la biósfera son/están hechas de sucesiones lineales de grupos de átomos comunes, unos 20 aminoácidos (Fig 1, izquierda). Toda cadena polipeptídica contiene la repetición “-NH-Cα-CO-”, y es esta misma periodicidad la que permite la existencia de patrones estructurales de orden superior, plegados regulares dados por simple repetición local de torsiones: α­hélice, hoja-β, etc. La estabilidad de estas estructuras viene dada por la inherente simetría de la repetición “...-Cα-CO-NH-Cα-CO-NH-Cα-..”.

Tres años después volvimos a cursar con él y repitió incontable “¡Las proteínas son mosaicos!”. La segunda vez entendí que buscaba que prestemos atención al curioso fenómeno de la existencia de ‘dominios’ (estructurales y funcionales) en cadenas polipeptídicas naturales. Comparando secuencias génicas codificantes de organismos actuales es posible distinguir regiones que se parecen (Fig 1, derecha). Muchas proteínas modernas contienen arreglos de estas regiones y, típicamente, las proteínas ‘nuevas’ son combinaciones, re-arreglos, de dominios preexistentes. Mosaico génico. Lego-molecular.

Ya no volvimos a cursar con él. Me quedé sin una tercera re-vista junto. Pero es sencillo repetir: “¡Las proteínas son mosaicos!” ¿Qué tipo de mosaicos son? ¿Hay algún patrón mosaico en un nivel de organización entre los explicitados? ¿Hay repeticiones más allá de los ‘a-mi-no-ácidos’ y más acá de los ‘dominios’? ¿Hay repeticiones de conjuntos de aminoácidos que formen dominios? Como siempre, una vez aclarada la pregunta, la respuesta es casi trivial (corolario: si la respuesta no es trivial, la pregunta tal vez no sea la mejor).

Si bien la mayoría de las secuencias de aminoácidos de dominios proteicos naturales es aparentemente aleatoria (es decir, no hay repeticiones evidentes); existen familias de proteínas en las cuales es posible distinguir sucesiones lineales de residuos, motivos, que se repiten (Fig 1, centro). Las bien llamadas ‘proteínas-repetitivas’ son un grupo heterogéneo que invade alrededor de un tercio de las secuencias genómicas codificantes. En éstas se puede distinguir que unos pocos (entre 20 ~ 40 residuos) se repiten en tándem. Estas proteínas típicamente se pliegan en estructuras elongadas estabilizadas por la interacción en y entre las repeticiones.

Una cadena polipeptídica correspondiente a una sola repetición no se pliega cuando aislada, dos tampoco, tres a veces, cuatro si las condiciones son apropiadas... cuando lo son, todas las repeticiones se pliegan juntas, cooperativamente. Todas o ninguna. Varias repeticiones de aminoácidos constituyen un dominio estructural. Estos dominios estructurales pueden también ser vistos como mosaicos [2]. Se los puede descomponer en ‘azulejos’ que, combinados en formas específicas, dan lugar a la aparición de patrones simétricos de una belleza intrínseca análoga a la de los mosaicos por humanos construidos [3].

¿Qué tiene que ver esto con ‘la función proteica’? No lo sé aún. Confío en que repetir, re observar, re contemplar el mantra planteado puede ayudar: “¡Las proteínas son mosaicos!”. Los mosaicos de las proteínas repetitivas constituyen dominios estructurales. Dado que las repeticiones biológicas nunca son exactas, pequeñas variaciones en la secuencia y en el entorno dan lugar a que el plegado del dominio sea sensible a modificaciones sutiles. Mutaciones locales (cambios de secuencia) pueden des/estabilizar regiones específicas, y afinar la respuesta ante mutaciones globales (cambios de entorno). Recién estamos comenzando a entender cómo estas fuerzas se contraponen, se complementan, se conjuran en sistemas moleculares [4]. Tal vez los sistemas proteicos sencillos, en los cuales se puedan contrastar patrones en secuencias, en estructuras, en actividades, faciliten la comprensión, o al menos la apreciación, del fenómeno de la ‘emergencia funcional’ de/en proteínas. Solo el tiempo lo dirá. Mas, como dicen que los tiempos se repiten, quedo repitiendo: Sin repetición no hay patrón posible. Sin patrones no hay comunicación. Sin comunicaciones no hay flujo de información. Sin in-formaciones no hay forma. Sin formas no hay estructura. Sin estructuras solo hay ruido. Ruidos no es señal... pshhhiiii wiikkpa lmlkwnngj oagoiwig nmvpal... buen momento para volver a ver ‘El Milagro de P. Tinto’.

Referencias

1. http://www.imdb.com/title/tt0151572/

2. http:/ xiv.org//ar abs/1306.2852

3. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22338658

4. http://arxiv.org/abs/1312.0867

Fuente:

Estudio Metabólico y Molecular de Cultivos Bacterianos degradadores de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH) y resistentes a metales pesados
Química Viva


AutoresM. Cecotti
I.S.Morelli
B.M. Coppotelli

Resumen
La contaminación mixta con PAH y metales pesados conlleva dificultades debido a la potencial toxicidad del metal, limitando la supervivencia solo a los microorganismos que toleren ambos contaminantes. El estudio de cepas degradadoras de PAH y resistentes a metales pesados promete proporcionar herramientas claves para el proceso de biorremediación. Este trabajo tuvo como objetivos la selección, identificación y caracterización de cepas degradadoras de PAH y resistentes a metales pesados aisladas a partir de suelos proveniente de la Antártida y de zonas aledañas a la ciudad de La Plata.

La identificación a nivel molecular mostró que las cepas antárticas A, B y C, filogenéticamente relacionadas al género Pseudomonas, presentaron alta resistencia al CdCl2 (CIMs de 500 μg/ml) en caldo R3. Las cepas A y C mostraron porcentajes de degradación de fenantreno por encima del 40 %, mientras que B no superó el 25 %, en todos los casos se observó la acumulación del intermediario ácido 1-hidroxi-2-naftoico.

Las tres cepas fueron capaces de degradar fenantreno en presencia de 100 μg/ml de CdCl2. Las cepas bacterianas estudiadas podrían cumplir un importante rol frente a contaminaciones mixtas de fenantreno y metales como Cd+2, usualmente presentes en suelos co-contaminados.

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Light Absorption Properties and Radiative Effects of Primary Organic Aerosol Emissions


Light Absorption Properties and Radiative Effects of Primary Organic Aerosol Emissions
Zifeng Lu, David G. Streets, Ekbordin Winijkul, Fang Yan, Yanju Chen, Tami C. Bond, Yan Feng, Manvendra K. Dubey, Shang Liu, Joseph P. Pinto, and Gregory R. Carmichael
Environmental Science & Technology Article ASAP
DOI: 10.1021/acs.est.5b00211

Organic aerosols (OAs) in the atmosphere affect Earth’s energy budget by not only scattering but also absorbing solar radiation due to the presence of the so-called “brown carbon” (BrC) component.

However, the absorptivities of OAs are not represented or are poorly represented in current climate and chemical transport models. In this study, we provide a method to constrain the BrC absorptivity at the emission inventory level using recent laboratory and field observations.

We review available measurements of the light-absorbing primary OA (POA), and quantify the wavelength-dependent imaginary refractive indices (kOA, the fundamental optical parameter determining the particle’s absorptivity) and their uncertainties for the bulk POA emitted from biomass/biofuel, lignite, propane, and oil combustion sources. In particular, we parametrize the kOA of biomass/biofuel combustion sources as a function of the black carbon (BC)-to-OA ratio, indicating that the absorptive properties of POA depend strongly on burning conditions.

The derived fuel-type-based kOA profiles are incorporated into a global carbonaceous aerosol emission inventory, and the integrated kOA values of sectoral and total POA emissions are presented. Results of a simple radiative transfer model show that the POA absorptivity warms the atmosphere significantly and leads to ∼27% reduction in the amount of the net global average POA cooling compared to results from the nonabsorbing assumption.

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Dioxolane-Functionalized Hexacenes and Heptacenes Synthesis and Optical Properties
Matthew J. Bruzek and John E. Anthony

The synthesis of dioxolane-functionalized hexacenes and heptacenes is reported. While heptacenes were too reactive to be successfully isolated, hexacenes showed higher stability and characteristic long-wavelength fluorescence both in solution and in the solid state as crystalline powders.

Acenes are among the most highly investigated aromatic semiconductor materials in organic electronics, leading to the development of functionalization strategies to increase their solubility, alter their crystal packing, and enhance their semiconducting properties. Although acenes as large as nonacene have been synthesized, pentacene and its derivatives dominate studies of semiconductor device performance due to the diminishing chemical stability of the larger acenes. Several years ago, we developed dioxolane-functionalized pentacenes and noted the enhanced fluorescence relative to pentacene. The addition of ethyl substituents orthogonal to the chromophore resulted in a highly stable material with strong, solid-state fluorescence useful for the fabrication of red light-emitting diodes and photovoltaics. Curious whether a similar strategy could be applied to larger acenes to enhance stability and solubility while yielding emission in the near-infrared, we describe here the synthesis and basic photophysical properties of dioxolane-functionalized hexacenes and heptacenes.


Synthesis and Optical Properties of Dioxolane-Functionalized Hexacenes and Heptacenes
Matthew J. Bruzek and John E. Anthony
Organic Letters Article ASAP


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La inteligencia empresarial y el sistema de gestión de calidad ISO 9001:2000

Cultivo de Caña de Azúcar Estimación del Impacto Ambiental
Juan Felipe Saavedra D. - Olga Rocío Vargas V

Impacto Ambiental del cultivo de Caña de Azúcar
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Este artículo muestra los resultados de un proyecto de grado en el cual se realizó una comparación y evaluación ambiental de todo el ciclo de vida del cultivo de caña de azúcar, tanto en su modalidad tradicional como en su modalidad orgánica. El propósito fue examinar cada uno de los procesos del cultivo y determinar para cada caso cuáles son los impactos ambientales más significativos que deberían ser tomados en cuenta a la hora de proponer planes de mejoramiento ambiental.

Para esto se implementó la metodología de Análisis de Ciclo de Vida - ACV (Life Cycle Analysis - LCA) que permite no sólo analizar cada uno de los procesos que se llevan a cabo en los cultivos, teniendo en cuenta sus insumos, productos y desechos, sino también cuantificar los impactos ambientales a lo largo de todo el proceso de crecimiento y cosecha de la planta con el fin de determinar las estrategias de mejoramiento.

Fermentación Alcohólica de Jugo de Naranja con S. Cerevisiae Ferreyra, M.; Schvab, M.; Gerard, M.; Zapata, M.; Davies, V.; Hours A.

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Resumen
Se fermentaron jugos de naranja (natural, JN, o pasteurizado, JP) con S. cerevisiae a pHs (3,5 ó 4,0), temperaturas de fermentación (10 ó 20°C) y de maduración (10 ó 20°C). Se determinaron azúcares reductores directos (ARD) y totales (ART), N-amínico y recuento microscópico durante 4 etapas: inicial, fermentación, envasado y maduración (4 meses). Al final también se determinaron azúcares y etanol. Los ARD y ART decrecieron durante la fermentación en ambos mostos; el N-amínico también disminuyó, permaneciendo luego casi constante. El recuento de levaduras fue 2×106/mL (JN) y 7×106/mL (JP). En los envasados se detectó fructosa (80-100%) y glucosa (<20%) pero no sacarosa.

El etanol alcanzó 60-80 g/L (JN) y 80-85 g/L (JP). Durante la maduración, los azúcares y el N-amínico aumentaron levemente, el etanol disminuyó en JN pero incrementó levemente en JP. El recuento de levaduras disminuyó.

Durante la fermentación, las levaduras asimilaron casi la totalidad de azúcares y del N-amínico para crecer; luego durante la producción de etanol no hubo casi cambios hasta el envasado, produciéndose su lisis.

Fermentación alcohólica de jugo de naranja con S. cerevisiae

Ferreyra, María M.**; Schvab, María del C.**; Gerard, Liliana M.**; Zapata, Luz M.**; Davies, Cristina V.**; Hours Roque A.***

*) Articulo que expone resultados parciales del PID UNER Nº 8029, 2004-2006, Dirigido por R. A. Hours, Facultad de Ciencias de la Alimentación, Universidad Nacional de Entre Ríos (UNER), financiado por la SYCTFRH, UNER; recibido en junio 2009, admitido en octubre 2009.
**) Facultad de Ciencias de la Alimentación, UNER, Concordia (Argentina). ***) Fac.Cs.Alimentación, UNER, Concordia (Argentina); CINDEFI, Fac.Ciencias Exactas, Universidad Nacional de La Plata, La Plata (Argentina). hours@biotec.org.ar

Ciencia, Docencia y Tecnología Nº 39, Año XX, noviembre de 2009 (págs. 143-158)

Mussel-Inspired Direct Immobilization of Nanoparticles and Application for Oil–Water Separation
ACS Publications

Oil–Water Separation

Immobilization of various nanoparticles onto complex 2D or 3D macroscopic surface is an important issue for nanotechnology, but the challenge remains to explore a facile, general and environmentally friendly method for achieving this goal.

Taking inspiration from the adhesion of marine mussels, we reported here that oxide nanoparticles of different compositions and sizes were directly and robustly anchored on the surface of monolithic foams ranging from polymer to metals in an aqueous solution of dopamine.

The effective immobilization of the nanoparticles was strongly dependent on the oxidation of dopamine, which could be tuned by either pH or by adding n-dodecanethiol. Interestingly, the thiol addition not only allowed the immobilization to take place in a wide pH range, but also led to superhydrophobicity of the resulting foams. Application of the superhydrophobic foams was illustrated by fast and selective collecting oils from water surface. Because catecholic derivatives exhibit high affinity to a variety of substances, the present strategy might be extendable to fabricate hybrid nanomaterials desirable for self-cleaning, environmental protection, sensors and catalysts, and so forth.

Mussel-Inspired Direct Immobilization of Nanoparticles and Application for Oil–Water Separation
Qing Zhu and Qinmin Pan
ACS Nano 2014 8 (2), 1402-1409

Fuente: ACS Publications

Sunlight-Induced Self-Healing of a Microcapsule Type Protective Coating


Abstract
Photopolymerization behavior of a methacryloxypropyl-terminated polydimethylsiloxane (MAT-PDMS) healing agent was investigated in the presence of benzoin isobutyl ether (BIE) photoinitiator by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy. MAT-PDMS and BIE were microencapsulated with urea-formaldehyde polymer. The surface and shell morphology of the microcapsules was investigated by scanning electron microscopy (SEM). Mean diameter and size distribution of the microcapsules could be controlled by agitation rate. A coating matrix formulation was prepared by sol–gel reaction of tetraethyl orthosilicate (TEOS) in the presence of a polysiloxane and by subsequent addition of an adhesion promoter. The formulation and microcapsules were mixed to give a self-healing coating formulation, which was then sprayed to surface of cellulose-fiber-reinforced-cement (CRC) board or mortar. Contact angle measurements showed that both the polymerized MAT-PDMS and the prepared coating matrix are hydrophobic, and the coating matrix has good wettability with MAT-PDMS. It was confirmed by optical microscopy and SEM that, when the self-healing coating is damaged, the healing agent is released from ruptured microcapsules and fills the damaged region. The self-healing coating was evaluated as protective coating for mortar, and it was demonstrated by water permeability and chloride ion penetration tests that our system has sunlight-induced self-healing capability. Our self-healing coating is the first example of capsule-type photoinduced self-healing system, and offers the advantages of catalyst-free, environmentally friendly, inexpensive, practical healing.

Sunlight-Induced Self-Healing of a Microcapsule-Type Protective Coating
Young-Kyu Song, Ye-Hyun Jo, Ye-Ji Lim, Sung-Youl Cho, Hwan-Chul Yu, Byung-Cheol Ryu, Sang-In Lee, and Chan-Moon Chung
ACS Applied Materials & Interfaces 2013 5 (4), 1378-1384

Ref:

Aislamiento del Leuconostoc Mesenteroides a partir de la elaboración de Chucrut
Dra. Blanca Estela Bravo


OBJETIVOS:
  • Aislar la batería Leuconostoc Mesenteroides de un proceso fermentativo en este caso la elaboración de chucrut
  • Identificar por medio de pruebas bioquímicas la bacteria aislada
  • Preservar la cepa aislada mediante crio-preservación
ANTECEDENTES:
El hombre ha aprovechado la acidificación de alimentos vegetales, que se inicia espontáneamente en ausencia de aire, para su transformación y conservación.

La aplicación más extendida y conocida de dichos procesos es la obtención de chucrut.

El chucrut es un producto estable y de sabor típico obtenido mediante un complejo fenómeno químico-microbiológico. Durante la fermentación la multiplicación de las bacterias lácticas, presentes naturalmente en las hojas del vegetal, da como resultado la disminución de la proliferación de microorganismos perjudiciales y el retraso o la inhibición de la alteración normal.

Además, la acumulación de ácidos orgánicos y otros metabolitos provocan cambios sensoriales y nutricionales. Generalmente, la fermentación se realiza en forma espontánea, pudiéndose detectar una sucesión de microorganismos específicos en cada una de las fases del proceso, como resultado de cambios en las condiciones ecológicas.

Los productos obtenidos a partir de fuentes reciclables, tales como los residuos agroindustriales, han merecido un interés creciente, debido a que permiten aminorar el impacto ambiental y los costos en el tratamiento y disposición de dichos residuos en las industrias. Un ejemplo de estos productos son los polisacáridos o biopolímeros.

La bacteria Leuconostoc Mesentoeroides degrada estos residuos y a partir de estos produce dextrano, un polisacárido de alto peso molecular, compuesto de unidades D-glucosa, unidos mediante enlaces glucosídicos α-(1-6); éste se lo utiliza en el área de los alimentos para dar viscosidad a ciertos productos.

Método Pinch El análisis de pliegues

El diseño de una nueva planta química o de proceso, o la optimización de una planta existente, es un problema complejo, ya que siempre existen interacciones entre las unidades que forman el proceso, que hacen imposible abordar el diseño de cada una de estas unidades de forma individual. Esta metodología se puede resumir en los siguientes pasos:
  1. Se comienza el diseño en la capa más interna (el sistema de reacción), que representa la parte fundamental del proceso, ya que el funcionamiento de la capa interna afecta a todas las capas externas
  2. Se diseña esta sección de forma óptima de acuerdo a la información disponible (de momento incompleta)
  3. Se diseña el sistema de separación y recirculación, con lo que los balances de materia y energía quedan establecidos
  4. Se diseña el sistema de intercambio de calor y de recuperación energética de la planta, de forma que los consumos energéticos sean mínimos
  5. Se diseña el sistema de servicios generales (calefacción y refrigeración), que mejor cubran las necesidades energéticas de la planta
Este proceso de diseño es iterativo, ya que la información obtenida del diseño de las capas exteriores permite modificar y optimizar las capas más internas.

El análisis de pliegue (análisis Pinch)
En los últimos diez años el análisis de pliegue ha pasado de ser una herramienta dirigida a mejorar la eficiencia energética en el diseño de redes de recuperación de calor, a una metodología de optimación tanto para diseñar procesos nuevos como para modificar procesos existentes.

Actualmente incluye el diseño de:
  1. Redes de recuperación de calor
  2. Sistemas de separación
  3. Sistemas de remoción de desechos
  4. Sistemas de calor y potencia e) Sistemas de servicios auxiliares
  5. Complejos industriales
Sus objetivos, además del mejoramiento de la eficiencia energética del proceso, incluyen:
  1. Reducción del costo de capital
  2. Reducción del costo de la energía
  3. Reducción de emisiones contaminantes
  4. Optimación del uso del agua
  5. Mejoramiento de la operación y de la producción
Esta técnica se ha aplicado en refinerías, fundidoras, plantas petroquímicas, papeleras, cerveceras y textiles, entre otras...