H οικογένεια των γουανυλικών κυκλασών περιλαμβάνει δύο μέλη, μία διαλυτή μορφή (sGC) και μια μορφή που είναι συνδεδεμένη στην κυτταρική μεμβράνη (pGC). Αυτές ενεργοποιούνται από τα διαφορετικούς προσδέτες. Η μεν sGC από το μονοξείδιο του αζώτου (NO), η δε pGC από τα νατριουρητικά πεπτίδια και με την ενεργοποίησή τους παράγουν την κυκλική GMP (cGMP). Σε πολλές περιπτώσεις, η ξεχωριστή αυτή παραγωγή του cGMP από sGC έναντι αυτής που προέρχεται από την pGC οδηγεί σε διαφορετικές βιολογικές δράσεις. Προηγούμενη εργασία στο εργαστήριό μας έχει δώσει έμφαση στη σημασία της από sGC παραγόμενης cGMP στην αγγειογένεση. Ωστόσο, περιορισμένες πληροφορίες είναι διαθέσιμες όσον αφορά στις αγγειογενετικές δράσεις της pGC στο ενδοθήλιο. Επομένως επιδιώξαμε να καθορίσουμε τα αποτελέσματα της ενεργοποίησης pGC στις ιδιότητες των ενδοθηλιακών κυττάρων που σχετίζονται με την αγγειογένεση. Αρχικά, ερευνήσαμε την επίδραση του κολπικού νατριουρητικού πεπτιδίου (ANP) στο σχηματισμό αγγείων αίματος in vivo, χρησιμοποιώντας ως πρότυπο μοντέλο τη χοριοαλλαντοϊκή μεμβράνη εμβρύου όρνιθας (CAM). Το ANP (0.1-10 μmole) ενίσχυσε τη νεοαγγειογένεση με δοσοεξαρτώμενο τρόπο, όπως διαπιστώθηκε από την αύξηση στα σημείων διακλάδωσης και το μήκος αγγείων. In vitro, το ANP ενίσχυσε τον πολλαπλασιασμό (0.01-1 μΜ) και τη μετανάστευση (10 μΜ) ενδοθηλιακών κυττάρων ανθρώπινου ομφάλιου λώρου (HUVEC) και υποκίνησε το σχηματισμό δομών αγγειακού τύπου από τα HUVEC 10 μΜ) σε υπόστρωμα Matrigel. Προκειμένου να μελετηθούν οι μηχανισμοί που ενέχονται στην επαγόμενη από ANP αγγειογένεση, εξετάσαμε τη φωσφορυλίωση δύο κινασών (MAPK), των ERK1/2 και p38, ως πιθανά μόρια-στόχουςστο μονοπάτι της σηματοδότησης του ANP. Το ANP ενεργοποίησε τόσο την ERK1/2, όσο και την p38 MAPKs κατά χρονοεξαρτώμενο τρόπο. Για να εξασφαλίσουμε στοιχεία για τη λειτουργική σημασία p38 χρησιμοποιήσαμε ένα φαρμακολογικό της αναστολέα, τον παράγοντα SB203580. Προεπώαση των κυττάρων με SB203580 ανέστειλε εν μέρει τη μετανάστευση των HUVEC. Εν περιλήψει, τα στοιχεία μας δείχνουν ότι το ANP προάγει την αγγειογένεση in vivo και ενισχύει τις σχετιζόμενες με αγγειογένεση, ιδιότητες των ενδοθηλιακών κυττάρω in vitro με τη ρύθμιση της φωσφορυλίωσης των MAPK. Η ενεργοποίηση λοιπόν της pGC να είναι ευεργετική όταν απαιτείται ο σχηματισμός νέων αγγείων αίματος. / The guanylyl cyclase (GC) family comprises of two members, a soluble one (sGC) and a membrane-bound GC, the particulate GC (pGC). These are activated by different ligands; sGC by nitric oxide (NO) and pGC by natriuretic peptides and upon activation produce cyclic GMP (cGMP). In many instances compartmentalized production of cGMP by sGC vs pGC results in different biological responses. Previous work in our laboratory has highlighted the importance of sGC-derived cGMP in angiogenesis. However, limited information is available with regard to the angiogenic actions of pGC in the endothelium. We therefore sought to determine the effects of pGC activation on angiogenesis-related properties of EC. Initially, we investigated the effects of atrial natriuretic peptide (ANP) on blood vessel formation in vivo, using as a model the chick embryo chorioallantoic membrane (CAM). ANP (0.1-10 μmole) enhanced neovascularization in a dose-dependent manner, as shown by the increase in branching points and vessel length. In vitro, ANP increased human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) growth (0.01-1 μΜ) and migration (10 μΜ) and stimulated the assembly of HUVEC into tube-like networks (10 μΜ) on Matrigel. In order to study the mechanisms implicated in ANP-induced angiogenesis, we examined the phosphorylation of two MAP Kinases (MAPK), ERK1/2 and p38, as possible downstream targets of ANP signaling. ANP activated both ERK1/2 and p38 MAPKs in a time-dependent manner. To provide evidence for the functional significance of p38 we used the pharmacological inhibitor SB203580. Pretreatment of cells with SB203580 inhibited ANF-stimulated migration of HUVEC. In summary, our data show that ANP promotes angiogenesis in vivo and enhances angiogenesis-related properties of endothelial cells in vitro by modulating phosphorylation of MAPK. pGC activation might be beneficial when new blood vessel formation is desired.

Παρά τη σημαντική της συνεισφορά στο συνολικό κέρδος σε άνθρακα των φυτών και τις λειτουργικές της ιδιαιτερότητες, η φωτοσύνθεση βλαστού δεν έχει μελετηθεί στην έκταση που της αναλογεί. Για το λόγο αυτό εφαρμόσαμε ένα συνδυασμό ανατομικών και φυσιολογικών μεθόδων για το χαρακτηρισμό του φωτοσυνθετικού μηχανισμού των πράσινων μίσχων και των στελεχών του άνθους του μονοκοτυλήδονου γεώφυτου Zantedeschia aethiopica και των πράσινων βλαστών του δικοτυλήδονου ημιξυλώδους Dianthus caryophyllus, σε σύγκριση με τα αντίστοιχα φύλλα. Οι μίσχοι και τα στελέχη του άνθους του Z. aethiopica και οι βλαστοί του D. caryophyllus διαθέτουν όλα τα ανατομικά χαρακτηριστικά ενός φωτοσυνθετικά αποδοτικού οργάνου, όπως σημαντικό αριθμό στομάτων με τυπικούς υποστομάτιους θαλάμους, χλωρεγχυματικά κύτταρα παρόμοιας μορφολογίας με τα δρυφακτοειδή κύτταρα των φύλλων, επαρκείς μεσοκυττάριους χώρους και σημαντικό ποσοστό ελεύθερων κυτταρικών τοιχωμάτων. Ωστόσο, η διάταξη των δρυφακτοειδών κυττάρων των μίσχων/στελεχών του Z. aethiopica είναι ασυνήθιστη, καθώς διευθετούνται παράλληλα με τον κατά μήκος άξονα των οργάνων. Επιπλέον, οι μίσχοι/στελέχη επέδειξαν φωτοσυνθετικά χαρακτηριστικά που προσομοιάζουν με εκείνα φύλλων σε συνθήκες καταπόνησης, όπως μειωμένο περιεχόμενο/ενεργότητα της Rubisco, αυξημένο ρυθμό του κύκλου C2 και αυξημένη κυκλική ροή ηλεκτρονίων γύρω από το PSI. Τα χαρακτηριστικά αυτά φαίνεται πως είναι εγγενή στα συγκεκριμένα φωτοσυνθετικά όργανα, εξυπηρετώντας την αυξημένη αζωτοδεσμευτική ικανότητα του είδους, την ποιοτική ρύθμιση του περιεχομένου τους σε αμινοξέα, την αποκαρβοξυλίωση C4-οργανικών οξέων του διαπνευστικού ρεύματος και την ταχεία επαγωγή της μη-φωτοχημικής απόσβεσης. Σε αντίθεση με το Z. aethiopica, η φωτοσυνθετική απόδοση των βλαστών του D. caryophyllus βρέθηκε ανώτερη αυτής των φύλλων, ως αποτέλεσμα των υψηλότερων ρυθμών του κύκλου C3 και μιας πιθανής οργανο-ειδικής ποικιλότητας του παράγοντα εξειδίκευσης της Rubisco. Η μειωμένη ένταση του προσπίπτοντος φωτός in vivo, λόγω του κάθετου προσανατολισμού των βλαστών, ενδεχομένως να οδηγεί σε χαμηλότερα επίπεδα φωτοπροστασίας σε σύγκριση με τα φύλλα και στην υιοθέτηση μιας στρατηγικής βελτιστοποίησης του ρυθμού καθήλωσης C, η οποία πιθανώς περιλαμβάνει και την καθήλωση CO2, που προέρχεται από την αποκαρβοξυλίωση C4-οργανικών οξέων του διαπνευστικού ρεύματος. / Despite its significant contribution to the net carbon gain of plants and its distinct functional properties, stem photosynthesis has not yet received adequate scientific attention. For this reason, a combination of anatomical and physiological methods was used to characterize the photosynthetic machinery of the green petioles and pedicels of the monocotyledonous geophyte Zantedeschia aethiopica and the green stems of the dicotyledonous semi-woody species Dianthus caryophyllus, in comparison to the corresponding leaves. Both the green petioles/pedicels of Z. aethiopica and the green stems of D. caryophyllus possess all the anatomical prerequisites of an actively photosynthesizing organ i.e. considerable number of stomata with typical underlying substomatal chambers, chlorenchyma cells which are similar to the leaf palisade chlorenchyma cells and considerable amount of both intercellular spaces and palisade free cell walls. Yet, the palisade cells of Z. aethiopica petioles/pedicels show a peculiar arrangement with their long axis parallel to the longitudinal organ axis. Furthermore, petiole/pedicel photosynthetic characteristics resemble those of leaves under adversity i.e. reduced Rubisco activity/content, high photorespiration rates and significant cyclic electron flow around PSI. It is concluded that these are innate attributes of petiole/pedicel photosynthesis serving particular functions like the increased nitrogen fixing activity of the species, the qualitative adjustment of the petiole/pedicel amino acid content, the active decarboxylation of C4-organic acids and the rapid induction of non-photochemical quenching. Stem photosynthesis in D. caryophyllus was more efficient than leaf photosynthesis, as a result of the greater rates of stem C3 cycle and a possible organ-specific variation of the specificity factor of Rubisco. In general, D. caryophyllus stems display a photosynthetic pattern of optimal carbon assimilation in the expense of photoprotection. It could be hypothesized that this kind of adaptation could be due to the vertical orientation of stems, which results in lower incident light intensities in vivo and may include the use of C4-organic acids coming up with the transpiration stream as an additional carbon source.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται χρήση λεπτών υμενίων TiO2 ως στερεό υπόστρωμα για την ακινητοποίηση πρωτεϊνών με απώτερο σκοπό την ανάπτυξη ενός αμπερομετρικού βιοαισθητήρα με ευαισθησία στο υπεροξείδιο του υδρογόνου (H2O2). Αρχικά περιγράφεται η λειτουργία των βιοαισθητήρων καθώς και οι σημαντικότεροι τύποι βιοαισθητήρων που έχουν κατασκευαστεί μέχρι σήμερα. Σημαντικό ρόλο στην επιτυχή κατασκευή ενός βιοαισθητήρα παίζει η επιλογή του υλικού που θα χρησιμοποιηθεί ως υπόστρωμα / ηλεκτρόδιο (υμένια TiO2) καθώς και ο τρόπος που ακινητοποιείται το βιομόριο πάνω σε αυτό, γι’ αυτό και έχει δοθεί έμφαση στην ανάλυση των παραπάνω πληροφοριών. Επίσης περιγράφεται η δομή και η φυσική λειτουργία της πρωτεΐνης, (κυτόχρωμα c), που χρησιμοποιήθηκε ως το βιομόριο επιλογής για την ανάπτυξη του βιοαισθητήρα. Αναλύθηκαν επίσης οι κρυσταλλικές δομές του διοξειδίου του τιτανίου, οι βασικές φυσικοχημικές τους ιδιότητες και οι λόγοι που επιλέξαμε την ανατάση για τη συγκεκριμένη εργασία. Περιγράφεται η πειραματική διαδικασία εναπόθεσης των υμενίων του TiO2 σε υποστρώματα αγώγιμου υάλου. Στη συνέχεια περιγράφονται οι πειραματικές διατάξεις που χρησιμοποιήθηκαν τόσο για τον χαρακτηρισμό των υμενίων διοξειδίου του τιτανίου (TiO2) όσο και για την αναλυτική μελέτη της ακινητοποίησης του κυτοχρώματος c πάνω σε αυτά. Τέλος περιγράφεται η ηλεκτροχημική κυψελίδα 3 ηλεκτροδίων και η τεχνική της κυκλικής βολταμετρίας που επιλέχθηκαν τόσο για τη μελέτη των ηλεκτροχημικών ιδιοτήτων των υμενίων TiO2 με ή χωρίς ακινητοποιημένη πρωτεΐνη όσο και για την ανάπτυξη ενός αμπερομετρικού βιοαισθητήρα με ευαισθησία στο H2O2. / In the present study, the use of thin nanocrystalline TiO2 films as solid substrates for protein immobilization and for the development of an electrochemical biosensor for hydrogen peroxide (H2O2) are investigated. First of all, a general description of biosensors and their most important types that have been developed to date is given. For the successful development of a biosensor, the choice of material/substrate used as the surface/electrode (thin film of TiO2) for the attachment of the bio-molecule of interest, as well as the manner in which the bio-molecule is immobilized upon it are critical and therefore emphasis is given for the analysis of this information. Furthermore, a description of the structure and basic functions of the bio-molecules (cytochrome c and hemoglobin), used for the immobilization studies and for the development of the biosensor is presented. Additionally, the crystalline structures of titanium dioxide have been analyzed, along with its basic physicochemical properties and the reasons for choosing its anatase structure for the specific project. In the experimental part, the deposition of the colloidal TiO2 paste on conducting glass for the preparation of the thin mesoporous TiO2 films is described in detail. Also described are the experimental techniques used for the characterization of these films as well as a thorough analysis of the binding of cytochrome c upon them and the parameters that influence its adsorption. Finally, description of the 3-elecrode electrochemical cell used in this study of perform of cyclic voltammetry experiments in order to investigate the electrochemical properties of the TiO2 thin films with or without immobilized protein is given. The same setup is also used for the development of an electrochemical biosensor for H2O2.

Το ενδιαφέρον για την ανάπτυξη νέων καθοδικών ηλεκτροδίων για χρήση τους σε κυψέλες καυσίμου στερεού ηλεκτρολύτη (SOFCs) ενδιάμεσων θερμοκρασιών (600-800oC) γίνεται ολοένα και μεγαλύτερο, δεδομένου ότι η απόδοση των συμβατικών καθόδων La1-xSrxMnO3-δ δεν είναι ικανοποιητική σε θερμοκρασίες χαμηλότερες των 800oC. Περοβσκιτικά υλικά με γενικό τύπο La1-x-ySrxCozFe1-zO3-δ αποτελούν υποσχόμενη εναλλακτική λύση, εξαιτίας της υψηλής ηλεκτρονικής και ιοντικής τους αγωγιμότητας. Η μικτή τους αυτή αγωγιμότητα έχει ως αποτέλεσμα τη διεύρυνση της ζώνης αντίδρασης και την ταχύτερη κινητική της αντίδρασης αναγωγής του οξυγόνου. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιήθηκε ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός με φασματοσκοπία σύνθετης αντίστασης, μετρήσεις πυκνότητας ρεύματος-υπέρτασης και κυκλική βολταμετρία, περοβσκιτικών καθοδικών ηλεκτροδίων La1-x-ySrxCo2Fe0.8O3-δ και La1-x-ySrxFeO3-δ σε επαφή με CGO/YSZ. Από την ανάλυση των πειραμάτων σύνθετης αντίστασης προέκυψε ως κύριο συμπέρασμα ότι ανάλογα με τη θερμοκρασία, τη μερική πίεση οξυγόνου και την πόλωση, τα χαρακτηριστικά σύνθετης αντίστασης του ηλεκτροδίου La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ καθορίζονται από μέχρι τρεις διαφορετικές διεργασίες, οι οποίες αναγνωρίστηκαν ως αγωγή ιόντων οξυγόνου διά του ηλεκτροδίου, διαφασική μεταφορά φορτίου με συμμετοχή ατομικού οξυγόνου και διάχυση O2 στην αέρια φάση. Με ανάλυση μετρήσεων πυκνότητας ρεύματος ως προς την υπέρταση και το δυναμικό του ηλεκτροδίου, προσδιορίστηκαν επίσης, οι τιμές των ηλεκτροκινητικών παραμέτρων (πυκνότητα ρεύματος ανταλλαγής, συντελεστές μεταφοράς) που αφορούν στην ηλεκτροχημική αντίδραση αναγωγής του οξυγόνου και η αγωγιμότητα πόλωσης ως συνάρτηση του εφαρμοζόμενου δυναμικού για διάφορες θερμοκρασίες. Η τεχνική της κυκλικής βολταμετρίας εφαρμόστηκε για χαρακτηρισμό των παραπάνω περοβσκιτικών ηλεκτροδίων (x = 0.2; 0.4 και y = 0; 0.02), προκειμένου να αναγνωριστούν οι ηλεκτροχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα υπό συνθήκες πόλωσης. Η εμφάνιση κορυφών ρεύματος στα κυκλοβολταμογραφήματα, σε μία ευρεία περιοχή θερμοκρασιών, μερικών πιέσεων οξυγόνου και ρυθμών σάρωσης του δυναμικού, συσχετίστηκε με ηλεκτροχημικές αντιδράσεις αναγωγής-οξείδωσης ιόντων σιδήρου ή/και κοβαλτίου αλλά και με οξείδωση-αναγωγή ειδών οξυγόνου. Τέλος, αξιολογήθηκε η καταλυτική ενεργότητα περοβσκιτικών οξειδίων με γενικό τύπο La1-x-ySrxCozFe1-zO3-δ για πλήρη οξείδωση CO και CH4. Ως κύριο συμπέρασμα προέκυψε ότι τα περοβσκιτικά οξείδια LSCF παρουσιάζουν υψηλότερη καταλυτική ενεργότητα σε σχέση με τα οξείδια LSF. / Recently, there has been a lot of focus on the development of new cathode materials for use in intermediate temperature (600–800°C) solid oxide fuel cells, since the conventional cathodes based on La1–xSrxMnO3–δ do not perform satisfactorily below 800°C. Iron- and cobalt-containing perovskites La1–x–ySrxCozFe1–zO3–δ have recently attracted significant attention as promising alternative cathode materials for IT-SOFCs, mainly due to their high mixed (electronic and ionic) conductivity, which results in enlargement of the available electrochemically active area, and their high oxygen surface exchange coefficients. In the present work electrochemical characterisation was carried out on porous La1–x–ySrxCo0.2Fe0.8O3–δ (LSCF) and La1–x–ySrxFeO3–δ (LSF) cathode electrodes deposited via screen-printing on the CGO layer of a CGO/YSZ electrolyte, using AC impedance spectroscopy, current density vs. electrode overpotential measurements, and cyclic voltammetry. From the analysis of the experimental results it was concluded that depending on temperature, oxygen partial pressure and polarization, the impedance characteristics of the La0.8Sr0.2Co0.2Fe0.8O3-δ electrode are determined by up to three different processes, which were identified as ionic conduction in the electrode bulk, interfacial charge transfer and gas phase diffusion, respectively. The values of the electrokinetic parameters of the electrochemical oxygen reduction as well as the polarization conductance, were determined as a function of the applied electrode potential at different temperatures, based on the analysis of current density vs. electrode overpotential measurements. Cyclic voltammetry technique was used in order to identify the electrochemical processes taking place under cathodic polarization on the basis of differences in the features of the cyclic voltammograms with changing conditions. Depending on the electrode, temperature, oxygen partial pressure and potential sweep rate, the appearance of current peaks was related to the electrochemical redox of B-sites and concomitant stoichiometry change as well as to the competing reaction of electrochemical oxygen redox, taking also into account the competitive action of chemical reactions which may occur in the presence of O2. Finally, the present work aimed to the assessment of the catalytic activity of these perovskite oxides for CO and CH4 combustion and it was found that LSCF perovskites were more catalytically active than LSF perovskites.