El desarrollo de sus habilidades experimentales es parte imprescindible en la formación de un estudiante de ingeniería. Un profesional en ingenie ría debe saber medir, usar correctamente las unidades, observar críticamente un fenómeno, redact ar correctamente un informe, etc. Estas habilidades se adquieren durante el desarrollo de l os cursos de Física. Los cursos de Física, por su carácter experimental, brindan oportunidades úni cas para el desarrollo de tales habilidades; por ello es de gran importancia la incorporación de los laboratorios en los cursos de esta ciencia, pero es igualmente importante que estas se desarrollen de una manera organizada y con objetivos bien definidos sobre la base de la estruc tura curricular de los cursos de Física, así como de la experiencia de los profesores encargados de esta actividad. Por esta razón es que consideramos necesaria la presentación de esta guía de experimentos para los cursos de Física, a fin de que los estudiantes desarrollen de una man era organizada y consciente los diferentes trabajos experimentales y puedan así madurar los co nceptos que les serán de gran utilidad no sólo en sus cursos posteriores de ciencias para la ingeniería, sino también en su actividad profesional.

L’état local de la chromatine joue un rôle crucial dans tous les processus génétiques comme le contrôle de la transcription, de la réplication et de la réparation de l’ADN, de la signalisation, etc... La structure précise de l’organisation 3D du deuxième ordre de compaction de la chromatine, aussi appelé fibre de 30 nm, a été le sujet d’intenses débats durant les 40 dernières années. En se basant sur les données in vitro, deux modèles concurrents se distinguent: le solénoïde et le zigzag. Dans le modèle solénoïde, des nucléosomes consécutifs interagissent pour former une trajectoire hélicoïdale avec courbure de l’ADN de liaison. Dans le modèle zigzag, deux hélices d’empilement de nucléosomes se forment, reliées par l’ADN de liaison qui peut être droit ou tordu. Durant ma thèse, j’ai développé une nouvelle approche expérimentale biochimique, appelée ICNN (Identification of the Closest Neighbor Nucleosome), permettant de déchiffrer les interactions entre nucléosomes voisins au sein de la fibre et ainsi de définir sous quelle forme la chromatine se compacte. Nous avons démontré que dans une fibre compactée H1-dépendante, les nucléosomes N+2 sont les plus proches voisins d’un nucléosome N arbitrairement choisit. Ces résultats montrent, sans ambiguïté, l’organisation zigzag de la fibre de 30 nm. De plus, cette organisation reste indépendante de la longueur de l’ADN de liaison, démontrant ainsi que la longueur des nucléosomes (177-227 bp) n’affecte pas la structure de la chromatine et ne peut donc pas être responsable de l’hétérogénéité structurale décrite dans la littérature. La dynamique et la structure de la chromatine peuvent être affectées par l’incorporation de variants d’histones. Nos expériences utilisant des assemblages H2A.Z ne montrent aucune différence de repliement entre les fibres contenant H2A.Z et H2A. Ces données suggèrent que le mécanisme de régulation de la transcription spécifique de H2A.Z est indépendant du repliement de la chromatine. CENP-A est un élément de la chromatine centromérique indispensable à la division cellulaire. Les images cristallographiques montrent que les nucléosomes contenant CENP-A sont plus ouverts que le nucléosomes conventionnels à cause d’une hélice α-NCENP-A plus courte. Parallèlement, des résultats récents de notre laboratoire ont montré que H1 ne se lie pas d’une façon stable aux nucléosomes contenant CENP-A, ne conduisant à aucune organisation de l’ADN de liaison (données non publiées). Notre étude au niveau de la chromatine a confirmé l'absence de repliement de la fibre contenant CENP-A en présence de H1. De manière intéressante, le remplacement de CENP-A par un mutant α-NH3-CENP-A restaure la bonne liaison de H1 et le repliement de la fibre avec une conformation habituelle en zigzag comme dans une fibre contenant H3. / The local chromatin state plays a crucial role in all fundamental DNA-templated processes, such as transcription control, DNA replication or repair, signaling, etc. The precise 3D organization of the second level folding, the so-called 30 nm fiber, has been a matter of intense speculations and debates over the past 40 years. Two competing models have been proposed on the basis of in vitro data, the solenoid and zigzag arrangements. In the solenoid model, consecutive nucleosomes interact with each other and follow a helical trajectory with bent DNA linker. In the zigzag model, alternate nucleosomes interact with each other with straight, twisted or coiled linker DNA. During my thesis, I developed a new biochemical approach, called ICNN (Identification of the Closest Neighbor Nucleosomes), allowing a direct “visualization” of the neighboring nucleosomes within H1-dependent compacted chromatin. We showed that within H1-compacted regular nucleosomal array, N±2 nucleosomes are the nearest neighboring interaction partners of any arbitrary nucleosome N. This finding provides an unambiguous evidence for the zigzag two-start helix conformation of the 30 nm fiber. Furthermore, this organization remains independent on the DNA linker length, demonstrating that the nucleosome repeat length (177-227 bp) does not affect the chromatin structure and therefore cannot be a reason for chromatin structural heterogeneity as suggested in the literature. Chromatin structure and dynamics might be affected by the incorporation of histone variants. Our ICNN experiments with H2A.Z arrays showed no difference of folding between H2A.Z- and H2A-containing fibers. This finding suggests that the H2A.Z-specific transcriptional regulation involves mechanisms other than chromatin folding. CENP-A is a hallmark for centromeric chromatin that is indispensable for cell division. X-ray scattering in crystals showed that CENP-A-containing nucleosomes are more “open” than conventional ones due to the shorter α-NCENP-A helix. Besides, recent results in our lab showed that H1 does not stably bind to the CENP-A nucleosomes and that no stem organization of the linker is formed (not published). Our ICNN study at the chromatin level confirmed the absence of H1-induced folding of a regular CENP-A array. Interestingly, replacement of CENP-A with the α-NH3-CENP-A mutant restored proper H1 binding and folding of the fiber into the usual zigzag conformation, as does the conventional H3-containing fiber.

O emprego de sistemas em fluxo com multi-impulsão são destaques quanto ao volume de efluentes gerados e a possibilidade de mecanização, operando em condições dinâmicas. A utilização de microbombas solenoide é potencial em processos de adsorção/dessorção de analitos, pois desempenham o fluxo pulsado, e quando operadas em conjunto com o estabelecimento da condição de leito fluidizado, contribuem para o aumento da eficiência de adsorção/dessorção. O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver e avaliar sistemas de extração sólido-líquido e análises química em fluxo, explorando fluxos pulsados e o estabelecimento da condição de leito fluidizado, visando melhorar a eficiência de interação da amostra e reagente. Para tanto, foram desenvolvidos sistemas em fluxo com multi-impulsão associados ao uso de colunas de leito fluidizado. 1) Sistema para determinação da capacidade de adsorção de fósforo; determinação do fósforo remanescente (P-rem) em solos; 2) Sistema para determinação da capacidade de troca catiônica (CTC) de solos, avaliando a adsorção e a dessorção de analitos. Foi demonstrado que o fósforo e o cálcio contidos em solução são eficientemente adsorvidos/dessorvidos pelo solo, reduzindo significativamente os efeitos de aumento de pressão com o estabelecimento do leito fluidizado (fluidização pulsada) nas colunas contendo 50 mg de amostras de solo. A substituição do fluxo pulsado (microbomba solenoide) pelo fluxo contínuo (bomba peristáltica) limitou a interação sólido-líquido, pois estabeleceu caminhos preferenciais, desfavorecendo as condições de mistura. A utilização das microbombas solenoide em conjunto com a fluidização das amostras de solo, apresentou vantagens quanto à diminuição da quantidade de massa de solo requerida (entre 100 e 200 vezes), redução do consumo de reagentes e resíduos gerados (40 vezes), demonstrando o potencial do sistema em fluxo proposto por ser uma alternativa ambientalmente adequada. Os sistemas propostos são versáteis e facilmente adaptados para outros estudos de extração / Multi-pumping flow systems are highlights on the volume of effluents generated and mechanization, operating in dynamic conditions. Solenoid micro-pumps are potential in the analyte adsorption/desorption processes, because they play the pulsed flow and when operated in conjunction with the establishment of the fluidized bed condition, contribute to the increase of the adsorption/desorption efficiency. The objective of this work was to develop and evaluate solid-liquid extraction and flow analysis systems, exploring pulsed flows and establishing the fluidized bed condition in order to improve the solid-liquid interaction efficiency. It was developed multi-pumping flow systems associated with the establishment of the fluidized bed columns. 1) System for determination of phosphorus adsorption capacity; determination of the remaining phosphorus (P-rem) in soils; 2) System to determine the cation exchange capacity (CEC) of soils, evaluating the adsorption and desorption of analyte. It has been shown that the phosphorus and calcium contained in solution are efficiently adsorbed/desorbed by the soil, significantly reducing the effects of pressure increase with the establishment of the fluidized bed (pulsed fluidization) in the columns containing 50 mg of soil samples. The substitution of the pulsed flow (solenoid micro-pump) by the continuous flow (peristaltic pump) limited the solid-liquid interaction, since it established preferential pathways, undermining the mixing conditions. The use of the solenoid micro-pumps in conjunction with the fluidization of the soil samples presented advantages in terms of decreasing the amount of soil mass required (between 100 and 200-fold time), reducing the consumption of reagents, solutions and waste production (40-fold time), demonstrating the potential of this system to be an environmentally friendly alternative. The proposed systems are versatile and easily adapted to other extraction studies

O emprego de sistemas em fluxo com multi-impulsão são destaques quanto ao volume de efluentes gerados e a possibilidade de mecanização, operando em condições dinâmicas. A utilização de microbombas solenoide é potencial em processos de adsorção/dessorção de analitos, pois desempenham o fluxo pulsado, e quando operadas em conjunto com o estabelecimento da condição de leito fluidizado, contribuem para o aumento da eficiência de adsorção/dessorção. O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver e avaliar sistemas de extração sólido-líquido e análises química em fluxo, explorando fluxos pulsados e o estabelecimento da condição de leito fluidizado, visando melhorar a eficiência de interação da amostra e reagente. Para tanto, foram desenvolvidos sistemas em fluxo com multi-impulsão associados ao uso de colunas de leito fluidizado. 1) Sistema para determinação da capacidade de adsorção de fósforo; determinação do fósforo remanescente (P-rem) em solos; 2) Sistema para determinação da capacidade de troca catiônica (CTC) de solos, avaliando a adsorção e a dessorção de analitos. Foi demonstrado que o fósforo e o cálcio contidos em solução são eficientemente adsorvidos/dessorvidos pelo solo, reduzindo significativamente os efeitos de aumento de pressão com o estabelecimento do leito fluidizado (fluidização pulsada) nas colunas contendo 50 mg de amostras de solo. A substituição do fluxo pulsado (microbomba solenoide) pelo fluxo contínuo (bomba peristáltica) limitou a interação sólido-líquido, pois estabeleceu caminhos preferenciais, desfavorecendo as condições de mistura. A utilização das microbombas solenoide em conjunto com a fluidização das amostras de solo, apresentou vantagens quanto à diminuição da quantidade de massa de solo requerida (entre 100 e 200 vezes), redução do consumo de reagentes e resíduos gerados (40 vezes), demonstrando o potencial do sistema em fluxo proposto por ser uma alternativa ambientalmente adequada. Os sistemas propostos são versáteis e facilmente adaptados para outros estudos de extração / Multi-pumping flow systems are highlights on the volume of effluents generated and mechanization, operating in dynamic conditions. Solenoid micro-pumps are potential in the analyte adsorption/desorption processes, because they play the pulsed flow and when operated in conjunction with the establishment of the fluidized bed condition, contribute to the increase of the adsorption/desorption efficiency. The objective of this work was to develop and evaluate solid-liquid extraction and flow analysis systems, exploring pulsed flows and establishing the fluidized bed condition in order to improve the solid-liquid interaction efficiency. It was developed multi-pumping flow systems associated with the establishment of the fluidized bed columns. 1) System for determination of phosphorus adsorption capacity; determination of the remaining phosphorus (P-rem) in soils; 2) System to determine the cation exchange capacity (CEC) of soils, evaluating the adsorption and desorption of analyte. It has been shown that the phosphorus and calcium contained in solution are efficiently adsorbed/desorbed by the soil, significantly reducing the effects of pressure increase with the establishment of the fluidized bed (pulsed fluidization) in the columns containing 50 mg of soil samples. The substitution of the pulsed flow (solenoid micro-pump) by the continuous flow (peristaltic pump) limited the solid-liquid interaction, since it established preferential pathways, undermining the mixing conditions. The use of the solenoid micro-pumps in conjunction with the fluidization of the soil samples presented advantages in terms of decreasing the amount of soil mass required (between 100 and 200-fold time), reducing the consumption of reagents, solutions and waste production (40-fold time), demonstrating the potential of this system to be an environmentally friendly alternative. The proposed systems are versatile and easily adapted to other extraction studies