Programa de Pós-Graduação em Ciências com Ênfase em Física dos Materiais. Departamento de Física. Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Filipe Nepomuceno (filipearn@yahoo.com.br) on 2015-11-12T13:41:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesDinamicaTermodinamica.pdf: 2910622 bytes, checksum: d6f8716df0092cac77414ff946d06b99 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-11-12T18:39:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesDinamicaTermodinamica.pdf: 2910622 bytes, checksum: d6f8716df0092cac77414ff946d06b99 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-12T18:39:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesDinamicaTermodinamica.pdf: 2910622 bytes, checksum: d6f8716df0092cac77414ff946d06b99 (MD5) Previous issue date: 2015 / Nos últimos anos, a água tem sido um objeto de estudo incansável devido as suas propriedades anômalas. Parte da explicação para este comportamento se deve a capacidade de cada molécula de água poder formar quatro ligações de hidrogênio, o que leva essa substância a assumir uma forma tetraédrica a baixas temperaturas. Contudo, existem líquidos, como por exemplo o metanol, que s˜ao capazes de fazer ligações de hidrogênio e cuja estrutura é dominada por cadeias longas, curtas e cíclicas, entretanto não apresentam anomalias como a água. Isto é um indício de que apenas as ligações de hidrogênio não são suficientes para explicar tais anomalias. Então, a questão é o porque da água possuir comportamentos anômalos e o metanol não. Neste trabalho, exploramos a quebra de simetria de carga da água, ou seja, mudamos a orientação e o módulo do momento de dipolo, e acompanhamos o comportamento das suas anomalias por meio de simulações de Dinâmica Molecular, tendo como base o modelo SPC/E para a água. Nossos resultados mostraram que as anomalias presentes na água tendem a sumir por um efeito cascata a medida em que o momento de dipolo da água se aproxima ao do metanol. Finalmente, usamos equações integrais de Ornstein-Zernike para calcular o potencial efetivo entre as moléculas e mostramos que a presença de anomalias está relacionada ao surgimento de duas escalas no potencial efetivo, no caso da água, e a ausência desta característica no caso em que o momento de dipolo do modelo para a água é alterado para que se assemelhe ao do metanol. (neste, apenas uma escala está presente, tal como num potencial do tipo Lennard-Jones). ____________________________________________________________________________________________________________ / Abstract: In recent years, water has been a tireless study object due to its anomalous properties. Part of the explanation for this behavior is due to the capacity of each water molecule to form four hydrogen bonds, which leads a tetrahedral structure at low temperatures. However, there are liquids, such as methanol, which are capable of making hydrogen bonds and the structure is dominated by long, short or cyclic chains. However, no anomalies are present such as seen in water. This is an indication that the presence of ydrogen bonds are not enough to explain such anomalies. In this sense, the question is why the water has anomalous behavior and the methanol doesn't. In this work, we explored the break of symmetry of the charge in water molecules, that is, we have changed the direction and the magnitude of the dipole moment of the SPC/E model of water and monitor its anomalies using molecular dynamics simulations. Our results showed that the anomalies present in water tend to disappear in a cascading e ect, to the extent that the dipole moment of water tend approach that one of methanol. Finally, we have used Ornstein- Zernike integral equations to evaluate the e ective potential between molecules and we have showed that the presence of anomalies is related to the presence of two scales in the e ective potential. As the dipole moment of the SPC/E water model approaches that one of the metanol, the two scales feature tend to disappear (remaining only one scale, as in the Lennard-Jones potential) and so the anomalies.

Orientador: Antonio Riul Júnior / Banca: Margarida Juri Saeki / Banca: Joelma Perez / Banca: Marystela Ferreira / Banca: Ana Flávia Nogueira / Resumo: As células a combustível de metanol direto (DMFCs) são promissoras devido à capacidade de geração de alta densidade de energia elétrica, no entanto, a alta permeabilidade da membrana de troca protônica ao combustível permite seu cruzamento do ânolo para o cátodo, que somado à lenta cinética de exidação do metanol, prejudicam a inserção destes dispositivos no mercado. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo a melhoria do desempenho de DMFCs utilizando a técnica de automontagem LbL (layer-by-layer) na modificação da membrana trocadora de prótons e construção de eletrodos para oxidação de metanol. Para a nanoesetruturação dos filmes, nanofolhas de óxido de grafeno (GO) e óxido de grafeno reduzido estabilizados em PSS (poly(4styrenesulfonic acid) sodium salt), denominado GPSS, foram sintetizdos e aplicados como suspensões carregadaos negativamente na fabricação dos filmes LbL. Quando depositados sobre membranas comerciais de Nafion 212, apresentaram redução na permeabilidade ao metanol de até 80% e condutividade protônica superior a membrana pura. Os testes em DMFCs indicaram maior potencial de circuito aberto quando se empregou a membrana de Nafion revestida com os filmes LbL e densidade de potência de 83,5 mW.cm-2 (à 70ºC), superior ao resultado com a membrana pura (63,1 mW.com-2), devido à redução do cruzamento de metanol. Em relação a capacidade catalítica para oxidação de metanol, nanopartículas de platina foram sintetizadas por diferentes rotas e empregadas na fabricação de filmes LbL com polieletrólitos e/ou nanofolhas de grafeno sendo que os testes eletroquímicos indicaram correntes de oxidação superiores quando as nanopartículas foram depositadas sobre as nanofolhas de óxido de grafeno reduzidos. Sendo assim, filmes ultrafinos compostos por nanofolhas de grafeno podem contribuir significativamente para o desenvolvimento da tecnologia de DMFCs / Abstract: The Direct Methanol fuel Cel (DMFC) are promising to clean and high energy density generation, however, the fuel permeability from anode to the cathode and slow methanol oxidation kinetics hinder its rising in market. Within this context, the aim here is inhance the DMFCs performance using the Layer-by-Layer (LbL) technique to modify the polymer electrolyte membrane and build up of electrodes for methanol oxidation. Graphene oxide nanosheets and reduced graphene oxide nanosheets stabilized in PSS (poly(4-styrenesulfonic acid) sodium salt) were synthesized and used as negatively suspensions in the LbL film fabrication. When deposited onto commercial Nafion 212 membranes it was observed a reducition of ~80% in the methanol permeability, and also higher proton conductivity than that of pristine Nafion. DMFC tests indicated a high open circuit voltage with the LbL modified membranes due to a decrease in the methanol crossover, and a power density of 83,5 mW.com-2, superior to the pristine Nafion, at 70ºC (63,1 mW.com-2). Regarding to the catalytic capacity for methanol oxidation, platinum nanoparticles were synthesized from different ways and self-assembled with polyelectrolyte and/or graphene nanosheets and the electrochemical analysis indicated that when supported onto reduce graphene oxide nanosheets, it was produced higher oxidation peak currents. Consequently, composite ultrathin films of graphene nanosheets can contribute significantly to the development of DMFCs / Doutor

O zebrafish (Danio rerio) é um modelo experimental consolidado em diversas áreas da ciência, como a neurociências e toxicologia. O genoma desta espécie já está quase todo seqüenciado e estudos demonstraram que muitos genes deste peixe são similares ao de mamíferos, incluindo a espécie humana. Evidências demonstram que nucleotídeos e nucleosídeos, principalmente o ATP e a adenosina exercem diversos efeitos sinalizadores no espaço extracelular. No sistema nervoso, o neurotransmissor ATP é armazenado de forma vesicular e liberado na fenda sináptica, onde pode agir em receptores específicos localizados na membrana celular denominados receptores purinérgicos do tipo P2. Estes receptores são subdivididos em receptores ionotrópicos P2X e receptores metabotrópicos P2Y. A inativação do sinal mediado pelo ATP extracelular é realizada por uma família de enzimas denominadas ecto-nucleotidases. Dentre este grupo de enzimas, destacam-se as NTPDases (nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases) e a ecto-5’-nucleotidase. Após sofrer catabolismo pelas ectonucleotidases, o neurotransmissor ATP é hidrolisado ao neuromodulador adenosina. Este nucleosídeo exerce seus efeitos através dos receptores metabotrópicos denominados purinoceptores P1. Estudos do nosso laboratório demonstraram a presença de ectonucleotidases como as NTPDases e a ecto-5’-nucleotidase no SNC de zebrafish. Além disso, já foi descrito na literatura que esta espécie apresenta purinoceptores do tipo P2X e P2Y. A acetilcolina é um neurotransmissor secretado pelos nervos colinérgicos terminais, juntamente com o ATP. Após exercido seu sinal nos receptores nicotínicos e muscarínicos, a acetilcolina é inativada pela ação de uma enzima denominada acetilcolinesterase (AChE), que hidrolisa a acetilcolina até colina e acetato. O gene da AChE já foi clonado e seqüenciado e esta atividade enzimática foi detectada em cérebro de zebrafish. O metanol é um composto neurotóxico responsável por sérios danos ao SNC. Além de ser encontrado como um contaminante ambiental, este álcool é também empregado como componente de soluções crioprotetoras para embriões de zebrafish. Os efeitos do consumo agudo de etanol exercem uma variedade de modificações como coordenação motora, percepção sensorial e cognição. O etanol promove diversas alterações bioquímicas e fisiológicas em células do sistema nervoso central. Portanto, nós investigamos o efeito in vitro e in vivo dos álcoois metanol e etanol sobre as ectonucleotidases e acetilcolinesterase em SNC de zebrafish. Após o tratamento agudo com metanol a 0,5 e 1,0% houve uma redução significativa na hidrólise de ATP e ADP. Entretanto, não foram verificadas alterações na atividade da ecto-5´-nucleotidase em cérebro de zebrafish. Uma inibição significativa na atividade da AChE foi observada na faixa de 0,25 a 1,0% de exposição ao metanol. Quatro seqüências de NTPDase foram identificadas através de uma análise filogenética, na qual uma é similar a NTPDase1 e as outras a NTPDase2. O metanol foi capaz de inibir os transcritos para a NTPDase1, duas isoformas da NTPDase2 e AChE. Metanol a 1,5 e 3,0% inibiu in vitro a hidrólise de ATP, e a hidrólise de ADP somente a 3,0%. No entanto, a hidrólise de AMP e a atividade da AChE não foram alteradas. A exposição ao etanol a 0,5 e 1,0% diminuiu a hidrólise de ATP e ADP, enquanto que a atividade da AChE apresentou um aumento significativo a 1,0%. Nenhuma alteração foi observada na atividade da ecto-5’- nucleotidase. Etanol in vitro a 0,5 e 1,0% não alterou a hidrólise de ATP, ADP e a atividade da AChE, mas a hidrólise de AMP foi inibida. Acetaldeído in vitro, na faixa de 0,5-1,0%, inibiu a hidrólise de ATP e ADP, mas a hidrólise de AMP e acetiltiocolina foi reduzida a 0,25, 0,5 e 1,0%. Acetato in vitro não alterou a atividade destas enzimas. O tratamento com etanol reduziu os níveis de mRNA para AChE, NTPDase1 as três isoformas de NTPDase2. Estes resultados demonstram que a intoxicação aguda por metanol e etanol pode influenciar as enzimas envolvidas na degradação dos neurotransmissores ATP e acetilcolina, sugerindo que os sistemas purinérgico e colinérgico podem ser alvos para os efeitos neurotóxicos destes álcoois. / Zebrafish (Danio rerio) is a consolidated model system in many research areas, including neuroscience and toxicology. The genome of this specie is almost sequenced and studies have shown that many genes of this specie are similar to mammals, including the human specie. Evidence has shown that nucleotides and nucleosides, mainly ATP and adenosine, exert extracellular signaling effects. In the nervous system, the neurotransmitter ATP is stored in vesicles and released in the synaptic cleft, where can act on specific cellular membrane receptors named purinergic P2 receptors. These receptors are subdivided on ionotropic P2X receptors and metabotropic P2Y receptors. The inactivation of ATP extracellular signaling is mediated by a family of enzymes named ectonucleotidases. This group of enzymes includes NTPDases (nucleoside triphosphate diphosphohydrolases) and ecto-5’-nucleotidase. After the catabolism promoted by ectonucleotidases, the neurotransmitter ATP is hydrolyzed to the neuromodulator adenosine. This nucleoside exerts its effects by the activation of P1 metabotropic receptors. Studies from our laboratory have demonstrated the presence of NTPDases and ecto-5’-nucleotidase in CNS of zebrafish. Furthermore, P2X and P2Y purinoceptors already are described in this specie. Acetylcholine (ACh) is a neurotransmitter secreted by the cholinergic nerve endings and ATP is co-released with ACh. After exerts its signaling on nicotinic e muscarinic receptors, ACh is inactivated through an enzyme named acetylcholinesterase (AChE), that can hydrolyze ACh into choline and acetate. The AChE gene is already cloned and sequenced and this enzyme activity was detected in zebrafish brain. Methanol is a neurotoxic compound responsible for serious damage on CNS. Besides it can be found as an environmental contaminant, this alcohol is also employed as a component of cryoprotector solutions for zebrafish embryos. The effects of acute ethanol consumption promote several changes related to motor coordination, sensory perception and cognition. Ethanol promotes many biochemical and physiological alterations on nervous cells. Therefore, we investigated the in vitro and in vivo effect of alcohols methanol and ethanol on ectonucleotidases and acetilcholinesterase in CNS of zebrafish. After acute treatment, there was a significant decrease of ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%. However, no significant alteration on ecto-5´-nucleotidase activity was verified in zebrafish brain. A significant inhibition on AChE activity was observed in the range of 0.25 to 1.0% methanol exposure. Four NTPDase sequences were identified from phylogenetic analyses, which one is similar to NTPDase1 and the others to NTPDase2. Methanol was able to inhibit NTPDase1, two isoforms of NTPDase2 and AChE transcripts. Methanol inhibited in vitro ATP hydrolysis at 1.5 and 3.0% and ADP hydrolysis only at 3.0%. Nevertheless, AMP hydrolysis and AChE activity were not changed. Ethanol exposure decreased ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%, while the AChE activity presented a significant increased at 1.0%. No changes on ecto-5’-nucleotidase activity were observed in zebrafish brain membranes. Ethanol in vitro did not alter ATP, ADP hydrolysis and AChE activity, but AMP hydrolysis was inhibited at 0.5 and 1.0%. Acetaldehyde in vitro, in the range 0.5-1.0%, inhibited ATP and ADP hydrolysis, but AMP and acetylthiocholine hydrolysis were reduced at 0.25, 0.5 and 1.0%. Acetate in vitro did not alter these enzyme activities. Semi-quantitative expression analysis of NTPDase and ecto-5´- nucleotidase was performed. Ethanol treatment reduced AChE, NTPDase1 and three isoforms of NTPDase2 mRNA levels. These results demonstrate that acute methanol and ethanol intoxication may influence the enzymes involved in the degradation of neurotransmitters ATP and ACh, suggesting that the purinergic and colinergic system can be a target to the neurotoxic effects of these alcohols.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, 2014. / Submitted by Ana Cristina Barbosa da Silva (annabds@hotmail.com) on 2014-11-07T09:46:02Z No. of bitstreams: 1 2014_ÍtaloPimenteldeLima.pdf: 2505656 bytes, checksum: 570036d7edd2598982d81bdf03b9bc37 (MD5) / Approved for entry into archive by Tania Milca Carvalho Malheiros(tania@bce.unb.br) on 2014-11-07T16:40:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2014_ÍtaloPimenteldeLima.pdf: 2505656 bytes, checksum: 570036d7edd2598982d81bdf03b9bc37 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-07T16:40:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014_ÍtaloPimenteldeLima.pdf: 2505656 bytes, checksum: 570036d7edd2598982d81bdf03b9bc37 (MD5) / Neste trabalho foram realizados estudos de adsorção sobre a superfície 101̅0 de óxido de zinco. As moléculas analisadas foram monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2) e intermediários de hidrogenação de CO para metanol, além do metanol. Nesses estudos utilizou-se o funcional PW91 juntamente com o método de Projector Augmented Wave (PAW) para a descrição teórica do sistema. Posteriormente, foi construída a curva de energia potencial (CEP) para a adsorção de monóxido de carbono, utilizada para a determinação da constantes espectroscópicas. Também foram realizados estudos sobre a influência da concentração de CO – variação da cobertura – e sua relação com parâmetros geométricos. A densidade de estados para a adsorção é discutida e correlacionada com dados de UPS (Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy) experimentais. Para a adsorção de CO2, foram analisadas adsorções em diferentes geometrias. Em todos os casos de adsorção são apresentadas a diferença de densidade eletrônica e a função de localização eletrônica (ELF). Os resultados obtidos apresentaram boa correlação com dados experimentais e teóricos. Principalmente com relação às energias de interação que se mostraram em boa concordância com os resultados experimentais. Além disso, pela primeira vez foram apresentadas as constantes espectroscópicas para a adsorção de CO em ZnO. Os resultados da taxa de cobertura de CO em ZnO apresentaram coerência com dados de infravermelho. A adsorção de CO2 também mostrou boa correlação com resultados teóricos. Dentre os intermediários, a interação de formila levou a geração de formato. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this work, studies have been conducted in order to analyze the reactivity of the zinc oxide (ZnO) non-polar (101̅0) surface. The molecules used were carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO2) and some intermediates from the direct hydrogenation of CO to methanol, as well as methanol. The method employed was Projector Augmented Wave (PAW) with the functional PW91. After that a potential energy curve was created for the adsorption of CO, and then used to find the spectroscopic constants. The effect of the concentration and geometric parameters were discussed as well as the density of states (DOS), which was compared to UPS data. Although the hydrogenation study using the CO2 route was not done, the adsorption of CO2 was carried out to some extent and compared to the literature. In all cases, the Electron Localization Function (ELF) and the difference of electronic density were plotted. The results showed good correlation with experimental and theoretical data. Mainly for the interaction energies that showed a reasonable agreement with experimental data. Furthermore, for the first time, the spectroscopic constants for the CO adsorption on ZnO were reported. The results of CO coverage on ZnO present agreement with infrared data. The adsorption of CO2 also showed correlation with the literature theoretical calculations. Among the intermediates, the interaction of formyl leads to the formation of formate specie.

O zebrafish (Danio rerio) é um modelo experimental consolidado em diversas áreas da ciência, como a neurociências e toxicologia. O genoma desta espécie já está quase todo seqüenciado e estudos demonstraram que muitos genes deste peixe são similares ao de mamíferos, incluindo a espécie humana. Evidências demonstram que nucleotídeos e nucleosídeos, principalmente o ATP e a adenosina exercem diversos efeitos sinalizadores no espaço extracelular. No sistema nervoso, o neurotransmissor ATP é armazenado de forma vesicular e liberado na fenda sináptica, onde pode agir em receptores específicos localizados na membrana celular denominados receptores purinérgicos do tipo P2. Estes receptores são subdivididos em receptores ionotrópicos P2X e receptores metabotrópicos P2Y. A inativação do sinal mediado pelo ATP extracelular é realizada por uma família de enzimas denominadas ecto-nucleotidases. Dentre este grupo de enzimas, destacam-se as NTPDases (nucleosídeo trifosfato difosfoidrolases) e a ecto-5’-nucleotidase. Após sofrer catabolismo pelas ectonucleotidases, o neurotransmissor ATP é hidrolisado ao neuromodulador adenosina. Este nucleosídeo exerce seus efeitos através dos receptores metabotrópicos denominados purinoceptores P1. Estudos do nosso laboratório demonstraram a presença de ectonucleotidases como as NTPDases e a ecto-5’-nucleotidase no SNC de zebrafish. Além disso, já foi descrito na literatura que esta espécie apresenta purinoceptores do tipo P2X e P2Y. A acetilcolina é um neurotransmissor secretado pelos nervos colinérgicos terminais, juntamente com o ATP. Após exercido seu sinal nos receptores nicotínicos e muscarínicos, a acetilcolina é inativada pela ação de uma enzima denominada acetilcolinesterase (AChE), que hidrolisa a acetilcolina até colina e acetato. O gene da AChE já foi clonado e seqüenciado e esta atividade enzimática foi detectada em cérebro de zebrafish. O metanol é um composto neurotóxico responsável por sérios danos ao SNC. Além de ser encontrado como um contaminante ambiental, este álcool é também empregado como componente de soluções crioprotetoras para embriões de zebrafish. Os efeitos do consumo agudo de etanol exercem uma variedade de modificações como coordenação motora, percepção sensorial e cognição. O etanol promove diversas alterações bioquímicas e fisiológicas em células do sistema nervoso central. Portanto, nós investigamos o efeito in vitro e in vivo dos álcoois metanol e etanol sobre as ectonucleotidases e acetilcolinesterase em SNC de zebrafish. Após o tratamento agudo com metanol a 0,5 e 1,0% houve uma redução significativa na hidrólise de ATP e ADP. Entretanto, não foram verificadas alterações na atividade da ecto-5´-nucleotidase em cérebro de zebrafish. Uma inibição significativa na atividade da AChE foi observada na faixa de 0,25 a 1,0% de exposição ao metanol. Quatro seqüências de NTPDase foram identificadas através de uma análise filogenética, na qual uma é similar a NTPDase1 e as outras a NTPDase2. O metanol foi capaz de inibir os transcritos para a NTPDase1, duas isoformas da NTPDase2 e AChE. Metanol a 1,5 e 3,0% inibiu in vitro a hidrólise de ATP, e a hidrólise de ADP somente a 3,0%. No entanto, a hidrólise de AMP e a atividade da AChE não foram alteradas. A exposição ao etanol a 0,5 e 1,0% diminuiu a hidrólise de ATP e ADP, enquanto que a atividade da AChE apresentou um aumento significativo a 1,0%. Nenhuma alteração foi observada na atividade da ecto-5’- nucleotidase. Etanol in vitro a 0,5 e 1,0% não alterou a hidrólise de ATP, ADP e a atividade da AChE, mas a hidrólise de AMP foi inibida. Acetaldeído in vitro, na faixa de 0,5-1,0%, inibiu a hidrólise de ATP e ADP, mas a hidrólise de AMP e acetiltiocolina foi reduzida a 0,25, 0,5 e 1,0%. Acetato in vitro não alterou a atividade destas enzimas. O tratamento com etanol reduziu os níveis de mRNA para AChE, NTPDase1 as três isoformas de NTPDase2. Estes resultados demonstram que a intoxicação aguda por metanol e etanol pode influenciar as enzimas envolvidas na degradação dos neurotransmissores ATP e acetilcolina, sugerindo que os sistemas purinérgico e colinérgico podem ser alvos para os efeitos neurotóxicos destes álcoois. / Zebrafish (Danio rerio) is a consolidated model system in many research areas, including neuroscience and toxicology. The genome of this specie is almost sequenced and studies have shown that many genes of this specie are similar to mammals, including the human specie. Evidence has shown that nucleotides and nucleosides, mainly ATP and adenosine, exert extracellular signaling effects. In the nervous system, the neurotransmitter ATP is stored in vesicles and released in the synaptic cleft, where can act on specific cellular membrane receptors named purinergic P2 receptors. These receptors are subdivided on ionotropic P2X receptors and metabotropic P2Y receptors. The inactivation of ATP extracellular signaling is mediated by a family of enzymes named ectonucleotidases. This group of enzymes includes NTPDases (nucleoside triphosphate diphosphohydrolases) and ecto-5’-nucleotidase. After the catabolism promoted by ectonucleotidases, the neurotransmitter ATP is hydrolyzed to the neuromodulator adenosine. This nucleoside exerts its effects by the activation of P1 metabotropic receptors. Studies from our laboratory have demonstrated the presence of NTPDases and ecto-5’-nucleotidase in CNS of zebrafish. Furthermore, P2X and P2Y purinoceptors already are described in this specie. Acetylcholine (ACh) is a neurotransmitter secreted by the cholinergic nerve endings and ATP is co-released with ACh. After exerts its signaling on nicotinic e muscarinic receptors, ACh is inactivated through an enzyme named acetylcholinesterase (AChE), that can hydrolyze ACh into choline and acetate. The AChE gene is already cloned and sequenced and this enzyme activity was detected in zebrafish brain. Methanol is a neurotoxic compound responsible for serious damage on CNS. Besides it can be found as an environmental contaminant, this alcohol is also employed as a component of cryoprotector solutions for zebrafish embryos. The effects of acute ethanol consumption promote several changes related to motor coordination, sensory perception and cognition. Ethanol promotes many biochemical and physiological alterations on nervous cells. Therefore, we investigated the in vitro and in vivo effect of alcohols methanol and ethanol on ectonucleotidases and acetilcholinesterase in CNS of zebrafish. After acute treatment, there was a significant decrease of ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%. However, no significant alteration on ecto-5´-nucleotidase activity was verified in zebrafish brain. A significant inhibition on AChE activity was observed in the range of 0.25 to 1.0% methanol exposure. Four NTPDase sequences were identified from phylogenetic analyses, which one is similar to NTPDase1 and the others to NTPDase2. Methanol was able to inhibit NTPDase1, two isoforms of NTPDase2 and AChE transcripts. Methanol inhibited in vitro ATP hydrolysis at 1.5 and 3.0% and ADP hydrolysis only at 3.0%. Nevertheless, AMP hydrolysis and AChE activity were not changed. Ethanol exposure decreased ATP and ADP hydrolysis at 0.5 and 1.0%, while the AChE activity presented a significant increased at 1.0%. No changes on ecto-5’-nucleotidase activity were observed in zebrafish brain membranes. Ethanol in vitro did not alter ATP, ADP hydrolysis and AChE activity, but AMP hydrolysis was inhibited at 0.5 and 1.0%. Acetaldehyde in vitro, in the range 0.5-1.0%, inhibited ATP and ADP hydrolysis, but AMP and acetylthiocholine hydrolysis were reduced at 0.25, 0.5 and 1.0%. Acetate in vitro did not alter these enzyme activities. Semi-quantitative expression analysis of NTPDase and ecto-5´- nucleotidase was performed. Ethanol treatment reduced AChE, NTPDase1 and three isoforms of NTPDase2 mRNA levels. These results demonstrate that acute methanol and ethanol intoxication may influence the enzymes involved in the degradation of neurotransmitters ATP and ACh, suggesting that the purinergic and colinergic system can be a target to the neurotoxic effects of these alcohols.

Orientador : Gonçalo Amarante Guimarães Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-03T11:37:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Faria_VictorGenu_M.pdf: 8695049 bytes, checksum: f7325aca5bdba7aa3cdaac798284d2ec (MD5) Previous issue date: 2002 / Resumo: A expressão de genes da classe II (codificadores de proteínas) em organismos eucariotos é regulada de uma maneira altamente complexa, de modo a assegurar que genes específicos sejam adequadamente "ligados" ou "desligados" em resposta a estímulos ambientais (por exemplo, disponibilidade de nutrientes ou temperatura) ou a estágios do desenvolvimento do organismo (por exemplo, diferenciação em metazoários). De maneira geral, apenas os genes cujos produtos são requeridos em uma determinada condição são expressos, permanecendo aqueles "supérfluos" silenciados. Essa é uma forma comum de economia de energia, pois evita o dispêndio com a transcrição de genes que não são necessários de imediato. Um modelo interessante de estudos sobre regulação gênica em eucariotos é derivado do metabolismo de metanol (metabolismo C1) de leveduras metilotróficas, como Hansenula polymorpha (sinônimo: Pichia angusta). A utilização de metanol como fonte única de carbono e energia depende basicamente dos produtos de quatro genes (MOX, CAT, DAS, FMD) , que são fortemente reprimidos na presença de glicose e intensamente ativados quando as células entram em contato com metanol. Nesse trabalho, foram estudados diferentes aspectos da regulação do metabolismo C1, em especial, da expressão do gene MOX, codificador da primeira enzima dessa via metabólica, Metanol Oxidase (MOXp). Será descrita a existência de dois Pontos de Iniciação da Transcrição alternativos controlando a expressão do gene MOX em diferentes condições metabólicas, e também a dependência da atividade mitocondrial para a ativação gênica. Possíveis relações evolutivas desse processo com o metabolismo C1 serão apontadas. A dinâmica de posicionamento de nucleossomos em situações de repressão e indução também foi estudada e importantes implicações para a regulação gênica foram detectadas. Em uma busca por fatores adicionais que controlam a expressão de MOX, foram clonados fragmentos de genes homólogos a SW/2/SNF2 e SW/3, que codificam subunidades do complexo remodelador de cromatina SWI/SNF, envolvido com a ativação de uma série de genes regulados por glicose em Saccharomyces cerevisiae. Em H. polymorpha, mutações swi2 e swi3 levaram a deficiências na utilização de metanol (e de outras fontes de carbono) e também a uma redução drástica do nível de expressão normal de MOX. Finalmente, foi detectada a restauração da habilidade de células de H.polymorpha crescerem em galactose, como decorrência das mutações swi2 e swi3 introduzidas / Abstract: The expression of protein-coding genes in eukaryotic organisms is regulated in a highly orchestrated and elaborated fashion to ensure that specific genes are turned on and off in response to different environmental stimuli (e.g. food availability or temperature) or to temporal and developmental requirements (e.g. differentiation in metazoans). Generally, only the genes whose products are required under a certain circumstance are expressed, while those "unneeded" are kept silent. This is an ordinary way of saving energy, since it avoids useless wasting with the expression of genes unessential in a given metabolic situation. An interesting model for studies on eukaryotic gene regulation is derived from the methanol metabolism (C1 metabolism) of methylotrophic yeasts, as Hansenula polymorpha (synonym: Pichia angusta). The utilization of methanol as a sole carbon and energy source depends mainly of the products of four genes (MOX, CA T, DAS, FMD), which are strongly repressed by glucose and fully activated when the cells are grown in methanol. In this work, different issues on the regulation of C1 metabolism in H. polymorpha were studied, specially on the transcriptional regulation of the MOX gene encoding the first enzyme of this particular metabolic pathway, Methanol Oxidase (MOXp). It will be described the existence of two alternative Transcription Starting Points controlling MOX expression under different physiological conditions and also the dependence on mitochondrial activity for gene activation. Possible evolutionary implications of this process with C1 metabolism will be considered. The dynamics of nucleosome positioning on the MOX promoter under repressing and derepressíng conditions was also studied and important implications on gene regulation were detected. In a search for additional factors controlling the MOX gene expression in H. polymorpha, gene fragments homologous to the Saccharomyces cerevisiae SW/2ISNF2 and SW/3 genes encoding subunits of the SWI/SNF chromatin-remodeling complex were cloned. In H. po/ymorpha,swi2 and swi3 mutations led to a deficiency on the utilization of methanol (as of other carbon sources) and also to a drastic reduction of the normal levels of MOX expression on cells growing on methanol. At last, the restoration of the ability of H. po/ymorpha cells to grow on galactose was detected, as a consequence of the swi2 and swi3 mutations introduced. Possible evolutionary considerations and also the repressive role played by the SWI/SNF complex on the galactose utilization pathway in normal cells will be discussed. / Mestrado / Bioquimica / Mestre em Biologia Funcional e Molecular

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:42:16Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7101_1.pdf: 452243 bytes, checksum: 57aa68abe10f33f9b564e4e7e6cba46c (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2002 / O metanol é um importante composto orgânico presente em diversos tipos de águas residuárias, como em indústrias de polpa e papel, amido de batata e unidades de gaseificação de carvão. Algumas águas residuárias contendo metanol são descarregadas com altas temperaturas, tornando atrativa a aplicação do tratamento termofílico. Em ambiente anaeróbio, o metanol pode ser consumido por acetogênicas e metanogênicas. Em condições mesofílicas, a concentração do substrato, o pH do reator, a concentração de bicarbonato e a concentração de cobalto foram os fatores ambientais relevantes na conversão anaeróbia do metanol. Entretanto, pouco se conhece sobre a degradação de metanol em ambientes termofilicos. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo investigar alguns fatores ambientais que podem ser importantes para o tratamento termofílico do metanol. Para isso, foram realizados experimentos contínuos e em batelada onde foram avaliados os efeitos da exposição de lodo termofílico em baixo pH, os efeitos da adição de micronutrientes e cobalto para o tratamento. Os resultados encontrados mostraram que lodo exposto a pH 4.0 por 120 dias, não causou inibição nos microrganismos acetogênicos metilotróficos e metanogênicos hidrogenotróficos, pois quando os ensaios foram realizados com pH neutro, rapidamente recuperaram suas atividades. Em contraste, as metanogênicas metilotróficas estavam praticamente inativas. Em relação ao efeito de micronutrientes, foi observado que, quando o lodo foi cultivado com micronutrientes, o reator removeu 98,7% do metanol aplicado com uma atividade metanogênica específica para metanol de 1,69 g CH4-DQO/ g SSV d. Já para o lodo cultivado com todos micronutrientes, exceto cobalto, a eficiência foi de 97,3% com atividade de 1,27 g CH4-DQO/ g SSVd. Para o lodo cultivado sem a adição de micronutrientes, a eficiência do reator foi 92, 4% que resultou numa atividade específica para metanol de 0,94 g CH4/ g SSVd. A concentração de ácidos graxos voláteis foi menor que 0,11 g COD/ L em todos os reatores. Os resultados obtidos indicaram que outros micronutrientes, além do cobalto, também são importantes no tratamento termofílico do metanol. Para que haja metanogênese do metanol na faixa termofílica são necessários que o pH seja neutro, a presença de bicarbonato e a adição de micronutrientes

Orientador: Mario de Jesus Mendes / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-07-13T22:43:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Kinoshita_Sussumo_M.pdf: 3340872 bytes, checksum: d01f793ff8100a5019bac6c0a51dc20a (MD5) Previous issue date: 1991 / Resumo: No presente trabalho foi feito um estudo qualitativo da reação de decomposição do metanol em catalisadores a base de cobre-zinco a pressão atmosférica e a diferentes condições de temperatura e relação molar da alimentação, visando contribuir para um melhor entendimento do mecanismo da reação de síntese do metanol. O metanol foi vaporizado em saturadores e arrastado por um gás inerte ao reator e a sua concentração foi variada pela mudança de temperatura do banho termostático de água que continha os saturadores. A composição da corrente efluente do reator foi determinada por cromatografia gasosa. Os dados obtidos num reator tubular integral de leito fixo, numa faixa de temperatura entre 215-'305 GRAUS'C, mostraram que entre 215-'260 GRAUS'C o metanol se decompõe para forma essencialmente 'H IND. 2' e 'CH IND. 3' 'O' 'O' 'C' 'H' e que entre 260-'305 GRAUS'C há a formação de 'H IND. 2', 'C' 'O', 'C' 'H IND. 2' 'O' e 'C' 'H IND. 3' 'O' 'O' 'C' 'H'. Através de vários ensaios de caracterização física e química, foi determinado a área superficial (BET), bem como foram feitas análises de Raios X, Redução Térmica a Temperatura Programada (TPR), ESCA e Infra-Vermelho, dando um suporte técnico a etapa de preparação do catalisador. A análise dos resultados obtidos mostra que é possível conciliar a obtenção de diversos produtos na composição do metanol com o fato de ambas as reações, a síntese e a decomposição do metanol, ocorrerem através de um mecanismo formado pelos mesmos intermediários, como é imposto pelo princípio da reversibilidade microscópica / Abstract: In the present work a qualitative study was done, concerning the methanol decomposition reaction using copper-zinc based catalysts, under different conditions of temperature and molar feed ratio, aiming to bring some contribution towards a better understanding of the mechanism of the methanol synthesis reaction. Methanol was vaporized in bubblers and carried to the reactor by an inert gas, and its concentration was varied through a change in the temperature of the thermostatic water bath which contained the bubblers. The composition of the reactor?s effluent stream was determined by gas chromatography. The data obtain in a tubular integral fixed-bed reactor, in the 215-'305 DEGREES'C temperature range, show that, between 215 and '260 DEGREES'C methanol decomposes giving essentially 'H IND. 2' and 'C' 'H IND. 3' 'O' 'O' 'C' 'H', and between '260 DEGREES'C and '305 DEGREES'C, 'H IND. 2', CO, 'C' 'H IND. 2' 'O' and 'C' 'H IND. 3' 'O' 'O' 'C' 'H', are formed. Technical support to the catalyst preparation stage, was given through several physical and chemical characterization tests, which included B.E.T., X.R.D., X.P.S., T.P.S. and I.R. An analysis of the results shows that it is possible to conciliate the fact of obtaining several products in the methanol decomposition with the fact that both reactions, synthesis and decomposition occur through a mechanism formed by the same intermediate products, just as it is imposed by the Microscopic Reversibility Principle / Mestrado / Engenharia de Processos / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Marcello Damy de Souza Santos / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-15T08:52:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rodrigues_Claudio_D.pdf: 2532753 bytes, checksum: d92733a3f7ef2e6d0dbe802823326baf (MD5) Previous issue date: 1979 / Resumo: São apresentadas medidas do espalhamento de nêutrons frios pelo álcool metílico na fase líquida, na temperatura ambiente. O espalhamento quase-elástico é interpretado de acordo com o modelo de Larsson-Bergstedt (L-B), que leva em conta movimentos intra-moleculares e difusão molecular. Resulta um valor 2,4 x 10-12s para o tempo de relaxação da rotação restrita do grupo CH3 na molécula. A análise do espalhamento quase-elástico, de acordo com o modelo L-B, explica de maneira consistente os resultados experimentais no intervalo de transferência de quantidade de movimento de 0,80 a 1,55 Å-1. Na região inelástica alguma estrutura é observada para transferências de energia 22,17 e 5 meV. A transferência de energia em 17 meV é associada com a transição 1 ® 0 das oscilações torsionais do grupo metil. A energia de ativação para esse movimento resulta 1,3 kcal/mol, em bom acordo com o valor da altura da barreira para rotação interna do CH3 no metanol, obtida por técnica de microondas / Abstract: Not informed. / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Durante el transcurso de este trabajo se estudió el comportamiento de catalizadores soportados de Pt y PtRu sobre diferentes materiales de carbono en la electrooxidación de metanol. Los catalizadores fueron depositados a partir de soluciones acuosas diluidas en medio ácido sobre materiales de carbono utilizando diferentes técnicas de electrodeposición como por ejemplo, deposición por control de la carga total aplicada a potencial constante, ciclos sucesivos de pulsos de potencial, etc. Como sustratos para el catalizador se utilizaron materiales planos como carbono vítreo y grafito pirolítico altamente orientado y materiales estructurados como tela de grafito, fieltro de grafito y papel de fibras de carbono. Asimismo, estos materiales fueron sometidos a procesos de activación electroquímica para mejorar las propiedades de los depósitos metálicos. También, se estudió el efecto del agregado de una película de Nafion 117 sobre la superficie de los electrodos soportados y la presencia de compuestos orgánicos en las soluciones utilizadas para la electrodeposición de los metales. Se utilizaron catalizadores soportados de Pt y PtRu de diferente composición para estudiar la cinética de oxidación de metanol. Se determinó que tanto la actividad catalítica como los parámetros cinéticos dependen de la composición del catalizador. La etapa determinante de la velocidad de reacción para la oxidación de metanol involucra la presencia de dos intermediarios adsorbidos (CO ads y OH ads ). La presencia de una película de Nafion 117 sobre la superficie del electrodo no produce cambios en la cinética de la reacción, pero si en la actividad catalítica por bloqueo parcial de sitios superficiales activos. Un aumento de la temperatura de trabajo produce una mejora en el rendimiento de los electrodos debido a una disminución en la energía de adsorción de los intermediarios más estables (CO ads y OH ads ). La densidad de corriente de los electrodos aumenta con el aumento de la concentración de metanol entre 0,1 y 1 M y luego se vuelve independiente de la concentración del reactivo. La disminución del pH produce una merma en la actividad de oxidación de metanol por desplazamiento del equilibrio de formación de las especies oxigenadas. La actividad catalítica de un electrodo soportado en la oxidación de metanol se encuentra influenciada fundamentalmente por las características del material utilizado como sustrato, del método de electrodeposición y de las características de los depósitos obtenidos. / During the course of this work the behavior of different carbon supported Pt and PtRu catalyst on the methanol electrooxidation was studied. The catalysts were deposited from diluted aqueous solutions in acid media on carbon materials using different electrodeposition techniques such as deposition by control of the total charge applied at constant potential, consecutive cycles of potential pulses, etc. Smooth materials as vitreous carbon and highly ordered pyrolytic graphite, and structured materials such as graphite cloth, graphite felt and carbon fiber paper were used as catalyst support. Furthermore, these materials were activated by the use of an electrochemical process to improve the properties of the metallic deposits. In addition, the presence of a Nafion 117 film on the electrode surface and the organic additives in the electrodeposition solution were studied. Supported Pt and PtRu catalyst of different composition were used to study the methanol oxidation kinetics. The catalytic activity and the kinetic parameters depend on the catalyst composition. The rate determining step in the methanol oxidation reaction involves the presence of two adsorbed intermediaries (CO ads and OH ads ). The presence of a Nafion 117 film over the electrode surface produces an activity diminution in methanol oxidation by the partial blockade of some active surface sites; however, this does not affect the kinetic of the reaction. An increase in the work temperature produces an improvement in the catalytic activity of the electrodes due to a diminution in the adsorption energy of the most stable intermediaries (CO ads and OH ads ). The catalytic activity of the electrodes increases with the increase of the methanol concentration between 0.1 and 1 M and after that becomes independent from the reagent concentration. The pH diminution produces a decrease in the electrode performance by displacement of the equilibrium during the formation of the oxygenated species. The performance of a supported electrode in the oxidation of methanol is influenced essentially by the characteristics of the material used as substrate, the method used to electrodeposit the catalyst and the characteristics of the obtained deposits.