En la tesis doctoral se detallan los trabajos realizados en el marco del estudio de la dinámica de reacciones químicas elementales. La tesis está estructurada de modo que primero se muestran los resultados obtenidos para las reaccionesMg+FH, MgF+H y B+OH, BO+H mediante el método mecano-cuántico aproximado R-IOSA. En ambos casos son importantes los efectos de naturaleza mecano-cuántica en la reactividad. A continuación, se presentan varios trabajos realizados para incorporar potenciales absorbentes a las técnicas propagativas empleadas para resolver la dinámica de reacción.Además de los detalles más técnicos que implican dicha implementación, en la tesis se indican diferentes pruebas acerca de la estabilidad y fiabilidad de dicha metodología. También se muestran resultados y prestaciones del método para varias reacciones (Mg+FH, Li+FH, H+F2,Cl+HCl y Ne+H2+).Finalmente, se incluyen una serie de trabajos realizados en el contexto de un estudio mecano-cuántico exacto de la reacción Ne+H2+ NeH++H. Este estudio es por si solo destacable debido a la dificultad que entraña la resolución exacta de las ecuaciones de la dinámica de reacción. Los resultados obtenidos manifiestan una remarcable dependencia de fenómenos de naturaleza cuántica, en concreto de resonancias causadas por complejos metaestables formados durante la colisión.

En aquest treball es descriuen algunes de funcions matemàtiques que tracten de descriure, d'una manera el més acurada possible, les propietats de forma i simetria no d'una forma discreta, sinó com una propietat contínua dels objectes. D'aquesta manera, un cop descrit l'objectiu d'aquest conjunt d'eines, que anomenem mesures de semblança (o dissemblança) es presenta el marc general que les descriu i que alhora ens permet classificar-les. També es fa un repàs històric de les mesures existents més rellevants.A partir d'aquest punt el treball se centra en algunes d'aquestes funcions. Primerament, es descriuen les mesures contínues de forma (CShM), introduïdes per Avnir et al., conjuntament amb la metodologia que se'n despren. S'han utilitzat les CShM per l'anàlisi estructural de compostos químics associats a poliedres de set i vuit vèrtexs, especialment pel que fa als compostos de metalls de transició hepta i octacoordinats, respectivament. Les CShM també s'han emprat per l'estudi estereoquímic al llarg de la reacció entre l'anió [Co(CO)4]- i el catió amoni.També s'han analitzat les mesures contínues de simetria (CSM) i s'ha introduït una nova mesura per a l'estudi de les propietats de simetria, l'índex de simetria (SI). Un cop explicada la metodologia per cadascuna, s'han mostrat algunes aplicacions per aquestes.Finalment es fa una anàlisi de les propietats de simetria de densitats electròniques moleculars amb l'índex de simetria electrònica (ESI). S'han indicat els aspectes teòrics associats a la metodologia així com les motivacions que han portat a la introducció d'aquesta nova mesura. També s'han mostrat alguns exemples de l'aplicació de l'ESI a l'estudi de la simetria d'inversió comparant aquesta amb algunes propietats moleculars. / This work describes the mathematical functions necessary to describe, in an accurate way, the shape and symmetry properties from a non-discrete point of view, but as a continuous property. This set of tools called similarity (or dissimilarity) measures, have been classified in a general framework in order to understand the relationships between them.The central part of the work is the description and the study of some of these tools. First of all, the Continuous Shape Measures (CShM) introduced by Avnir and co-workers have been described with the associated methodology. The CShM have been used in the structural analysis of the chemical compounds associated to seven and eight vertices polyhedra, specially the hepta and octacoordinated transition metal compounds. The CShM have been used in the stereochemical study along the chemical reaction between the [Co(CO)4]- anion and the amonium cation.The Continuous Symmetry Measures (CSM) have been analysed and a new measure, the Symmetry Index (SI) have been introduced in order to improve the symmetry properties study. Finally, there is an analysis of the symmetry properties of the molecular electronic density using the Electronic Symmetry Index (ESI). The theoretical aspects associated with the ESI methodology and the motivations to introduce this new tool have been developed. Some examples of the ESI applications in the inversion symmetry analysis of the electron densities have been done, trying to compare these properties with some molecular properties.

La presència d’antimicrobians, així com dels seus metabòlits i altres productes de degradació, en el medi ambient ha despertat una forta preocupació durant els últims anys. Com a resultat de l’elevada efectivitat i baix cost d’aquests fàrmacs, el seu ús s’ha estès en medicina humana i veterinària. Pel que fa a la medicina veterinària, aquests compostos s’utilitzen amb finalitat profilàctica, terapèutica i fins i tot com a promotors de creixement en alguns països. Atès que els animals medicats excreten entre un 30 i 90 % de l’agent antimicrobià en la forma no metabolitzada, quan s’utilitzen fems per fertilitzar sòls agrícoles, grans quantitats d’antimicrobians entren contínuament als diferents compartiments ambientals (sòls, sediments, aigües subterrànies i superficials). Els antimicrobians són substàncies bioactives, per tant la seva presència a baixes concentracions, pot afectar la biota, la comunitat microbiana i el que és més preocupant, pot provocar l’aparició de microorganismes patògens resistents. Per tal de preveure destí, comportament ambiental i quantificar la retenció en el sòl d’un fàrmac és important la determinació del coeficient de distribució Kd (L Kg–1). En aquesta tesi s’ha caracteritzat i modelitzat la sorció de les quatre tetraciclines més emprades en veterinària (oxitetraciclina, tetraciclina, clortetraciclina i doxiciclina). S’ha observat que les tetraciclines queden fortament retingudes en el 15 sòls estudiats, amb valors de Kd superiors a 102 L kg–1. Els estudis han posat de manifest que en sòls àcids, el principal mecanisme de sorció és el bescanvi catiònic, mentre que en sòls neutres i bàsics sembla que comencen a ser importants altres tipus d’interaccions (bescanvi catiònic, complexació en superfície, interaccions polars, etc.). El tractament de les dades de sorció mitjançant mètodes quimiomètrics (PCA i PLS) ha permès identificar que les propietats fisicoquímiques del sòl que tenen més influència són pH > CEC > contingut de K2O > contingut de Al2O3 > contingut d’argila. L’estudi de la sorció també ha inclòs el desenvolupament d’un model de sorció que prediu satisfactòriament els log Kd a partir d’aquests 5 descriptors del sòl. D’altra banda, també s’ha establert un model que prediu satisfactòriament els log Kd de tetraciclina, clortetraciclina i doxiciclina a partir de log Kd,oxitetraciclina, pH i CEC corresponents al sòl. El biochar, un tipus de negre de carboni, procedent de la piròlisi de residus de biomassa en absència d’oxigen, s’ha avaluat com a sorbent potencial d’una sulfonamida d’elevada mobilitat (la sulfametazina). En primer lloc, s’han realitzat estudis en el sistema biocharaigua de per tal d’elucidar els mecanismes que tenen lloc en el procés de sorció. S’ha observat que Kd augmenta amb el grau de carbonització (relació H/C) mentre que la linealitat de la isoterma disminueix. D’altra banda, s’ha constatat com el mecanisme i la intensitat de sorció depenen de l’especiació. La sorció segueix el següent ordre: espècie neutra > catiònica > aniònica, amb valors de Kd de fins a 106 L kg-1. Les interaccions Pi-Pi donador-acceptor d’electrons, hidrofòbiques, Van der Waals i ponts d’hidrogen són determinants en la retenció de la sulfametazina en aquests materials. En segon lloc, aquest treball ha posat de manifest que la sorció de sulfametazina en un sòl esmenat amb biochar augmenta amb l’augment del grau de carbonització del biochar i el contingut d’aquest en el sòl. L’estudi també ha demostrat que el temps de contacte entre sòl i biochar poden atenuar aquesta sorció. Per acabar, en aquesta tesi s’ha desenvolupat una nova eina, en un entorn MS-Excel™ pel tractament de dades de sorció: la funció ISOT_Calc i la macro Ref_GN_LM. Aquesta presenta una gran versatilitat en l’estudi d’equilibris de sorció facilitant la selecció del model de sorció, l’ajust de les dades experimentals, etc. / Antimicrobials have long been extensively used to treat infectious disease and promote growth in livestock. Up to 90% of administered sulfonamide drugs can be excreted as the active parent compound and large amounts of sulfonamide residues are released to the environment via land application of contaminated manure. At field concentrations, antimicrobials affect soil microbial community and promote the development of antimicrobial resistance in bacteria. Soil sorption processes dominate transport, fate and possible effects of these chemicals in the environment. Further understanding of mechanisms involved in antimicrobial sorption can definitely help to retard their leaching and run-off to waters. In our studies we have focused on two widely used antimicrobials presenting different environmental mobility: tetracyclines (mostly retained) and sulfonamides (highly mobile). We have determined the sorption coefficients (Kd) of a group of TCs (tetracycline, oxytetracycline, chlortetracycline and doxycycline) in 15 natural soils with different physicochemical properties. The use of multivariate data analyses allowed to elucidate sorption mechanisms involved and to assess the environmental mobility as well. On the other hand, if sulfonamides cannot be prevented from entering soil, we consider of great interest to find means to minimize its transport into ground water and surface waters. Since Biochars is reputed to be a strong adsorbent, we studied the adsorption of the heavily used swine antimicrobial sulfamethazine, to a range of biochars and biochar-amended mixtures to test whether it could reduce pore water concentrations –potentially decreasing sulfamethazine bioavailability– and to provide insights into SMT adsorption. Results showed that depending on biochar physicochemical properties (surface area, surface functional groups, C/H ratio, etc), it could be a potential effective adsorbent for sulfamethazine and decrease its mobility in biochar-amended soils. We have also observed that sulfamethazine retention, significantly decreases with the time of residence of the biochar in soil. This latter phenomenon, commonly known as the “weathering effect”, has been attributed to sorption of native soil substances, such as humic substances. This work has also developed a novel tool (ISOT_Calc/Ref_GN_LM, developed as function and macro for MS-Excel, respectively). The combination of ISOT_Calc/Ref_GN_LM can be used in the evaluation of the isotherm parameters from batch experimental sorption data.

Aquesta tesi ha estat focalitzada en demostrar la possibilitat de crear plataformes de diagnòstic, multiplexades i universals, a través de la hibridació de cadenes d'oligonucleòtids complementàries (DNA-directed immobilization, DDI). La multiplexació és possible degut al gran nombre de cadenes d'oligonucleòtids diferents que es poden crear al combinar les 4 bases nitrogenades de l'ADN (A, T, C i G), permetent detectar simultàniament tants analits diferents com cadenes d’oligonucleòtids es disposi. La universalitat, be donada per la possibilitat de regenerar una superfície amb una simple etapa de deshibridació, i reutilitzar-la per a la detecció d’analits de diferent naturalesa. Concretament, s'ha demostrat la possibilitat de crear microarrays d'haptens, emprant microarrays d'ADN i aprofitant l'especificitat de la reacció d'hibridació entre les cadenes d’oligonucleòtids immobilitzades en la superfície i les cadenes d'oligonucleòtids unides covalentment als diferents haptens. Com a prova de concepte, s'ha desenvolupat un microarray d’haptens esteroïdals per a l'anàlisi quantitatiu i multiplexat d'hormones anabolitzants amb detecció fluorescent. També s'ha demostrat la possibilitat d'utilitzar aquesta estratègia d'immobilització pel desenvolupament d'immunosensors òptics multiplexats basats en la ressonància del plasmó superficial per imatge (SPRi), evitant així la necessitat d’emprar marcadors per tal d’obtenir el senyal. Per altra banda, s'ha demostrat la universalitat de l'estratègia DDI, al emprar un microarray d'ADN per a la creació de superfícies nanoestructurades, posteriorment emprades com a transductors en immunosensors basats en la ressonància del plasmó superficial localitzat (LSPR). Concretament, cadenes d'oligonucleòtids han estat unides a nanopartícules d'or de diferents mides, que després han estat immobilitzades de forma controlada i selectiva sobre la plataforma, a través de la hibridació entre les cadenes d’oligonucleòtids complementàries. I finalment, també s’ha demostrat l’aplicabilitat de l’estratègia DDI per a la immobilització de proteïnes, al crear microarrays d’anticossos, en format estàtic i en flux, que han estat emprats per a la diferenciació de cèl•lules segons les proteïnes expressades en la membrana cel•lular.

Les infeccions causades per Legionella són un greu problema de salut pública al nostre país. La majoria de casos esporàdics i de brots epidèmics es relacionen amb aigües de consum que han estat sotmeses a un o més processos de desinfecció. Tot i això, Legionella spp. no només és capaç de sobreviure a aquests tractaments sinó que es multiplica al llarg dels sistemes de distribució convertint-se en un risc ambiental. Els principals factors que afavoreixen la supervivència i multiplicació de Legionella als sistemes d’aigua resideixen en la pròpia biologia del bacteri, que ha demostrat en moltes ocasions ser resistent a condicions físico-químiques extremes, així com les interrelacions que estableix amb altres microorganismes com els protozous, amb els que comparteix hàbitat. Els protozous, i en concret les amebes de vida lliure dels gèneres Acanthamoeba o Hartmannella s’han descrit en els últims anys com habitants freqüents dels sistemes de distribució d’aigua. Aquestes sobreviuen a condicions adverses mitjançant la formació d’estructures de resistència anomenades cists. La font nutricional de les amebes són els bacteris els qual fagocita i digereix. Tot i això, alguns d’aquests bacteris han desenvolupat estratègies per sobreviure la digestió amebiana i no sols això sinó que com en el cas de Legionella, poden fins i tot aprofitar els resursos cèl•lula hoste per multiplicar-se. A més, en estat endosimbiont Legionella queda protegida de l’efecte de desinfectants fet que podria originar una ràpida recolonització dels sistemes d’aigua un cop acabats els tractaments de desinfecció. Tres dels desinfectants més utilitzats a nivell europeu per tractar l’aigua de consum són el clor, la temperatura i la radiació UV. Tot i que el seu ús està regulat en nombroses normatives estatals, aquestes s’apliquen sense tenir en compte les amebes de vida lliure i les interrelacions que aquestes poden tenir amb altres microorganismes. L’objectiu principal d’aquest treball va ser estudiar l’eficàcia d’aquests tres desinfectants de l’aigua aplicant les mateixes condicions d’estudi sobre Legionella spp.; amebes de vida lliure en els dos estats de vida, trofozoïts i cists; i sobre els simbionts que estableixen Legionella i Acanthamoeba. En primer lloc es van obtenir soques de Legionella spp., i amebes de vida lliure de diferents orígens, tant ambientals com de col•lecció i es van optimitzar els protocols de cultiu dels diferents microorganismes, especialment pel que fa a les amebes. A continuació es van posar a punt mètodes quantitatius que ens permetessin comparar la viabilitat cel•lular després de cada tractament amb els tres desinfectants. I es van establir les condicions d’assaig per a cada un dels desinfectants. Finalment es van establir co-cultius per observar si l’associació entre Legionella i Acanthamoeba modificava d’alguna manera l’eficàcia dels desinfectant envers aquests dos microorganismes. La formació de co-cultius i el seu monitoreig mitjançant la tècnica del FISH ens va permetre observar com la soca de Legionella passava d’un estat plactònic a un estat d’emdosimbiont a l’interior dels trofozoïts. Analitzant la susceptibilitat de les diferents soques de Legionella, d’amebes de vida lliure, tan en estat de trofozoït com de cist, així com de Legionella com a endosimbiont d’Acanthamoeba per cadascun dels tractaments aplicats, es van proposar diferents models per descriure’n la cinètica d’inactivació. A partir d’aquí els resultats obtinguts es van comparar amb altres estudis publicats i se’n van extreure unes conclusions finals. Els resultats mostraren que clor, temperatura i radiació UV tenen un efecte desinfectant diferent pel que fa a les diferents soques de Legionella i amebes de vida lliure. Les diferències observades entre els diferents tractaments poden ser atribuïbles a la concentració de desinfectant, el temps d’exposició i a les diferències intrínseques de cada soca per cada microorganisme utilitzat. Pel que fa a la susceptibilitat de les amebes, trofozoïts i cists es van comportar de maneres diferents, sent els trofozoïts més sensibles que els cists. Finalment, L. pneumophila va resultar ser més resistent als tractaments amb desinfectants aplicats associada a trofozoïts d’Acanthamoeba en comparació amb el bacteri en condicions axèniques. Per tant, a l’hora d’aplicar tractaments de desinfecció, cal tenir en compte la complexa ecologia de Legionella com a endosimbiont d’amebes perquè aquests siguin eficaços i evitar així processos de recolonització. / Legionella infections are serious problem which causes concern to health public services in our country. Despite all measures and controls realized, most sporadic cases and outbreaks have been related to drinking water systems that have been subjected to one or more disinfection processes. Legionella spp., not only survive these treatments but multiplied over the distribution system becoming a potential environmental hazard. The main factors that promote Legionella survival and proliferation in water systems are the bacteria biology itself, since Legionella is able to survive under a wide range of environmental conditions, as well as the relationship that Legionella establishes with other microorganisms that live in the same habitat as protozoa. Protozoa, and specifically free-living amoebae of the genera Acanthamoeba and Hartmannella have been described as common inhabitants of drinking water distribution systems. These amoebae survive in front harsh environmental conditions by forming resistant structures called cysts. Amoebae feed mainly on bacteria which are engulfed by phagocitosis and digested intracellularly. However, some of these bacteria have developed some strategies to survive amoebae digestion and some of them, as Legionella are able to use host cellular resources to multiply within it. In addition, as an endosimbiont, Legionella remains protected from disinfectants which could lead to a rapid recolonization of water distribution systems once disinfection treatments have been applied. Three of the most commonly used water disinfectants in Europe for drinking water treatment are chlorine, temperature and UV radiation. Although its use is regulated by many national guidelines, its efficacy relies mainly on bacterial inactivation without considering other microorganisms such as free living amoebae and its relationships with other microorganisms as Legionella. Therefore, the main objective of this work was to study the effectiveness of these three water disinfectants applying the same study conditions, on Legionella spp.; free-living amoebae considering its two life stages; and on the simbionts between Legionella and Acanthamoeba. First of all, several strains of Legionella spp., and free-living amoebae from different origins (environmental and from culture collections) were obtained and culture protocols were optimized, especially for free-living amoebae. Second, test conditions were established for each of the disinfectants and a quantitative method was implemented in order to compare cell viability after every disinfection treatment. Finally, to see whether the association between Legionella and Acanthamoeba modifies the effectiveness of the three disinfectants towards these two types of microorganisms, co-cultures of Legionella and Acanthamoeba were realized. Co-culture formation was monitored by using a FISH method, which led us observe how axenic Legionella changed to an intracellular state within Acanthamoeba trophozoites. Analyzing the susceptibility of the Legionella spp. strains; free-living amoebae strains, either trophozoites and cysts stages; as well as Legionella as an Acanthamoeba endosymbiont, for each of the treatments applied, inactivation kinetics models were proposed. Results obtained were compared with studies published by other authors and final conclusions were considered. Results showed that, chlorine, temperature and UV radiation have a disinfectant effect on the different Legionella strains used, as well as on free living amoebae. Differences on the disinfectant effect could be atributted to disinfectant concentration, exposure time and strain intrinsic characteristics. Regarding free living amoeba, trophozoites and cysts had a significantly different behaviour, being trophozoites more sensitive to disinfectants than cysts. Finally, L. pneumophila as and endosymbiont of amoeba strains showed a greater resistance to disinfectant compared with the axenic state. Because of that, when applying disinfections treatments, the complex ecology of Legionella as an amoeba endosymbiont should be considered in order to prevent a system recolonization.

L'objectiu d'aquest treball és l'estudi del metamorfisme hercinià del vessant sud del Massís del Roc de Frausa i de la muntanya del Montroig. Els materials representats estan constituïts per tres conjunts litològics, els metasediments i els gneissos del Massis del Roc de Frausa, els aranitoides intrusius hercinians i els materials ordovicians superiors I silurians de la muntanya del Montroig. Es distingeixen una sèrie de fases de deformació: una fase anterior a la formació de la foliació regional, una fase sincrònica i una sèrie de fases posteriors. Les tres primeres fases deformatives es produeixen en condicions metamòrfiques progrades. No s'han pogut reconèixer estructures de plegament cartogràfiques associades a aquestes fases, només són clarament visibles al microscopi. Les fases tardanes es produeixen en condicions retrògrades i són responsables de la microestructura del massís. Les fases de plegament tardanes afecten els tres tipus de materials representats en el Massís del Roc de Frausa (els gneissos, els metasediments cambro-ordovicians i els granitoides). Se'n distingeixen dues de principals: la primera, de direcció NE - SW, amb plecs vergents al sud i amb un pla axial amb cabussament feble. La segona, de direcció NW - SE presenta plecs vergents al sud i un pla axial molt redreçat. La interferència d'ambdues fases i la intersecció amb la superfície d'erosió dóna lloc a una macroestructura similar a l'observada. Ambdues fases de plegament porten associada una foliació milonitica, la qual afecta els tres conjunts litològics representats. El rnetamorfisme hercinià consta de dos episodis: un episodi regional, associat a les fases principals de la tectònica hercinica i un episodi de contacte associat a la intrusió dels granitoides hercinians. La metamorfisme regional es caracteritza per ser d'alta temperatura i de baixa pressió. El clímax metamòrfic regional se situa a 3.3 kbar de pressió i 660ºC de temperatura. El gradient estimat és de 60ºC/km. Les paragènesis observades pertanyen a la zona de l'andalusita i a la zona de la sil.limanita. Dintre de la zona de la sil.limanita s'observen canvis progressius de les composicions de les fases minerals ferromagnèsiques (biotita i cordierita) amb l'augment del grau metamòrfic. El metamorfisme de contacte presenta unes condicions de pressió i temperatura molt similars a les observades per al metamorfisme regional. Les paragènesis són, per tant, molt similars. Es distingeix una zona de la moscovita, on els punts més allunyats al batòlit i una zona de la cordierita, en contacte amb el granitoid. Localment es poden observar roques en la zona de la sil .limianita. En aquestes roques també s'observa una migració de les composicions dels minerals ferromagnèsics amb l'augment del grau metamòrfic cap a termes més fèrrics. Al nord de la zona estudiada, en contacte amb roquesíignies de composicions dioritico - gabroiques s'observen paragènesis de roques pelitiques amb granat, per a les quals han estat calculades unes temperatures d'equilibri granat – biotita properes als 700ºC. L'existència d'aquestes paragènesis posa en evidència la dificultat de separar el metamorfisme regional del metamorfisme de contacte en aquestes roques. En la muntanya del Montroig els materials ordovicians superiors i silurians presenten un grau metamòrfic molt baix. Se situen en la zona de la moscovita. El grau metamòrfic assolit pel metamorfisme de contacte és me elevat que per al metamorfisme de contacte i se situa en la zona de I 'andalusita – cordierita. La temperatura màxima estimada per aquest sector no ultrapassa els 500 ºC. / The aim of this work is the metamorphose of the Southern part of the Roc de Frausa Masslf and the Muntanya del Montroig. They are formed by three lithological units: metasediments and gneisses of the Cambro-Ordovician, Hercynian intrusive granites and Upper Ordovician and Silurian materials. Polyphasic tectonics and metamorphism took place during the Hercynian orogeny. As a result, a penetrative foliation was developed. This foliation was subsequently folded into a complex antiformal structure (Roc de Frausa dome). Regional metamorphic climax preceded the late folding event, which developed under retrograde conditions. Hylonitic deformation is related to late folds and produced a regressive metamorphic paragenesis both on the metamorphic rocks and the granitoids. Hercynian metamorphosis is formed by two episodes: a regional episode, related to the main phases of Hercynian orogeny and a contact episode, related to the intrusion of the Hercynian granitoids. Regional metamorphism is characterized by high temperature - low pressure gradient (3,1 kbar, 660 ºC). Peak metamorphism is recognized by the static crystallization of sillimanite and cordierite + potassium feldspar. Contact metamorphic parageneses indicate very similar pressure -temperature conditions to those observed for regional metamorphism. In the Muntanya del Montroig regional metamorphism shows low metamorphic grade. Contact metamorphism shows higher grade. Temperatures estimated are about 500ºC.

En la actualidad la proteómica es una de las herramientas más utilizadas en el estudio de diferentes patologías. Los recientes avances en la proteómica incluyen desde la preparación de la muestra, la espectrometría de masas (MS) y el análisis de datos; convirtiendo esta tecnología en un método básico para la investigación biomédica. La espectrometría de masas (MS) es la base de la proteómica, este campo ha evolucionado muy rápido, permitiendo en la actualidad realizar análisis cualitativos y cuantitativos de las proteínas, además de poder evaluar sus modificaciones post-, la localización subcelular y las interacciones de proteínas. En el desarrollo de este trabajo hemos introducido de manera muy sencilla algunas técnicas de proteómicas para abordar las preguntas diferentes preguntas relacionadas con la patología de las enfermedades neuromusculares. • Las enfermedades neuromusculares (ENM) comprenden un grupo heterogéneo de patologías que pueden afectar a la médula espinal del motor, y las raíces sensoriales, los nervios periféricos, unión neuromuscular y músculo esquelético. Las (ENM) constituyen un grave problema sanitario y social porque en un elevado porcentaje de casos producen invalidez por debilidad muscular progresiva y crónica. Estas enfermedades afectan tanto a personas adultas y ancianos como a jóvenes y niños y además de su efecto personal y familiar devastador tienen un elevadísimo coste económico. El diagnóstico de estas enfermedades se basa en el examen neurológico, pruebas electrofisiologícas, la resonancia magnética, biopsia del músculo y nervio y la detección de autoanticuerpos en el suero y liquido cefalorraquídeo del paciente. La técnica de proteómica que nos ha permitido identificar nuevas moléculas candidatas en alguna de la patologías neuromusculares estudiadas es la electroforesis bidimensional (2D-E) que dependiendo de nuestros objetivos la aplicamos con diversos esquemas, como lo describiremos: • Utilizamos la electroforesis bidimensional como una herramienta de estudio para identificar los cambios en la expresión de las proteínas en la muestra del paciente durante la progresión de la enfermedad y después de una intervención terapéutica. Hemos estudiado un paciente con escleromixedema, una mucinosis dérmica que en algunos casos también afecta al músculo esquelético. Incremento de la proliferación de fibroblastos de la piel asociada frecuentemente a una gammapatía monoclonal. El análisis de esta se ha realizado apartir de cultivos primarios de los fibroblastos del paciente antes enfermo y después del tratamiento. • Identificación de los antígenos diana de nuevos autoanticuerpos en el suero de pacientes con neuropatías inmunomediadas. Hemos combinado la electroforesis bidimensional y Western-blot con suero de paciente para identificar nuevos autoanticuerpos. En este trabajo se encontró una fuerte reactividad contra la P2, una proteína de la mielina. Los resultados fueron validados por ELISA. Nuestros datos amplían el espectro en las neuropatías disinmunes adquiridas y sugieren que la reactividad contra las proteínas de la mielina pueden estar relacionados con una implicación, sobre todo radicular, de una presentación clínica de ataxia sensitiva y alteración motora que se asemeja clínicamente CIDP. • El uso de geles de electroforesis bidimensionales, en un estudio comparativo del perfil de expresión proteica en músculos esqueléticos de controles sanos y pacientes afectos con distintas distrofias musculares (disfelinopatia, calpainopatia, facioescapulohumeral), para identificar proteínas diferencialmente expresadas y específicas en cada una de ellas. Este estudio nos mostro proteínas que eran comúnmente expresadas en todas las distrofias estudiadas y diferencialmente del musculo control. Nosotros centramos nuestros resultados a evaluar las proteínas que eran especificas de la disferlinopatia, y encontramos Incremento en la expresión de las proteínas contráctiles fosforiladas específicas de las fibras tipo I (TPN1, TPM1) lo que sugiere un proceso de transición de tipo de fibra en los pacientes con disferlinopatía. Una sobreexpresión de Rho GDI afecta los niveles de expresión de miogenina proteína necesaria para la diferenciación celular. Lo más relevante de este trabajo fue el hallazgo de una nueva proteína la TRIM 72 incrementada en los pacientes con disferlinopatia, proteína que no se conocía en ese momento su función y que un año más tarde salieron 2 artículos en las indican que esta participa en la reparación de la membrana al igual que la disferlina de hecho estas proteínas forman parte de un mismo complejo implicado en procesos de reparación. Por lo tanto un incremento de la expresión de TRIM 72 en nuestro trabajo sugiere un mecanismo compensatorio por la ausencia de disferlina. / Proteomic techniques application to study neuromuscular diseases Nowadays, proteomics constitutes one of the most frequently used tools to study human diseases. Recent advances in proteomics, including sample preparation, mass spectrometry and data analysis, make this technology a central approach for biomedical research. Mass spectrometry is the basis for proteomics. This field has evolved very fast in terms of development of qualitative and quantative analysis of proteins, dissection of post-translational modifications and unravelling subcellular location and interactions between proteins. Neuromuscular diseases encompass a heterogeneous group of pathologies that can affect from the spinal cord, motor and sensory roots, peripheral nerves, neuromuscular junction and skeletal muscle. Neuromuscular diseases have a high impact on the health system and society because in many cases they lead to patient’s disability due to a progressive muscle weakness. The diagnosis of these diseases is based on neurological examination, electrophysiology, muscle MRI, nerve or muscle biopsy and detection of autoantibodies in patient’s sera. In this thesis we have applied different proteomic strategies to address questions related to the pathophysiology of the neuromuscular diseases studied: • The use of bidimensional electrophoresis as a tool to identify changes in protein expression in patient’s sample during the progression of the disease and after a therapeutic intervention. We have studied a patient with scleromyxedema, a dermic mucinosis that in some cases also affects skeletal muscle. Analysis of fibroblasts proliferation has been analyzed before and after treatment. • Identification of new target antigens of autoantibodies in the sera of patients with immune-mediated neuropathies. We have combined bidimensional electrophoresis and Western-blot and found autoantibodies against P2, a myelin protein. Results were validated by ELISA • The use of bidimensional electrophoresis gels stained with different dyes to perform a qualitative and quantitative analysis of different muscular dystrophies. We found changes common to all dystrophic samples and differential expression of some proteins specific for each muscular dystrophy. .

Per- and poly- fluoroalkyl substances (PFASs) are a group of manmade substances synthesised for more than 60 years. Due to their specific properties, PFASs have been widely used for industrial applications including: electronics, textiles, food packaging, flame retardant formulae and laboratory tools, among others. However, it was during the last fifteen years ago that interest for this group of compounds as environmental pollutants was initiated. Due to their high release levels into the environment, stability and accumulation, PFASs have been found ubiquitous in the environment and in biota. In this context, the main goal of this doctoral PhD thesis was the study of the occurrence, fate and behaviour of a wide range of PFASs in the environment, in food and, finally, in some human matrices. In addition, the physicochemical properties studies and the aerobic biodegradation experiments of 3 perfluoroalkyl phosphonic acids were also evaluated. Therefore, the first specific objective was the development of different analytical methods to study a wide range of PFASs in selected matrices. The analytical methods have been based on the use of on-line chromatography and off-line extraction, followed by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry. These methods have been employed to assess the presence of PFASs in different type of waters from different steps along the water cycle, and also in fish and other food commodities. And finally, the PFAS accumulation in human samples was studied in cord blood and breast milk. This work is divided into six chapters. The first chapter is the general introduction and the objectives of this PhD Thesis. In the introduction, different aspects are revised, such as synthesis and global production, environmental fate and occurrence, human accumulation, toxicology, regulations and future trends. Chapters 2, 3, 4 and 5 present the experimental work undertaken during this research. Each chapter has been divided into a specific introduction, results (presented through the corresponding publications) and discussion. Part of the results contained in Chapters 2 and 5 correspond to the experimental work carried out in the laboratory of Prof. Dr. Thomas P. Knepper (Hochschule Fresenius, Idstein, Germany) during a four month research internship, a part of the European Doctoral Programme. Chapter 6 contains the general conclusions. Finally, a small summary in Catalan is presented. The cited literature and indexes for tables and figures can be found at the end of this work, as well as the list of publications produced along the duration of the pre-doctoral studies, but which are not presented in this thesis. The distribution of the publications included in this Thesis is the following: Chapter 2: Environmental occurrence Publication 1: “Analysis of perfluoroalkyl substances in waters from Germany and Spain.” Llorca, M., Farré, M., Picó, Y., Müller, J., Knepper, T. P. and Barceló, D. (2012). Science of The Total Environment, 431(0): 139-150. Publication 2: “Analysis of perfluorinated compounds in sewage sludge by pressurized solvent extraction followed by liquid chromatography–mass spectrometry.” Llorca, M; Farré, M; Picó, Y; Barceló,D; (2011). Journal of Chromatography A, 1218 (30) 4840-4846. Publication 3: “Fate of a broad spectrum of perfluorinated compounds in soils and biota from Tierra del Fuego and Antarctica.” Llorca, M., Farré, M., Tavano, M. S., Alonso, B., Koremblit, G. and Barceló, D. (2012). Environmental Pollution 163(0): 158-166. Chapter 3: PFASs in food Publication 4: “Development and validation of a pressurized liquid extraction liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for perfluorinated compounds determination in fish.” Llorca, M., Farré, M., Picó, Y., and Barceló, D. (2009). Journal of Chromatography A 1216(43): 7195-7204. Publication 5: “Study of the performance of three LC-MS/MS platforms for analysis of perfluorinated compounds.” Llorca, M., Farré, M., Picó, Y., and Barceló, D. (2010) Analytical and Bioanalytical Chemistry 398(3): 1145-1159. Publication 6: “Infant exposure of perfluorinated compounds: Levels in breast milk and commercial baby food.” Llorca, M., Farré, M., Picó, Y., Teijón, M. L., Álvarez, J. G. and Barceló, D. (2010). Environment International 36(6): 584-592. Chapter 4: PFASs accumulation in humans Publication 7: “Analysis of perfluoroalkyl substances in cord blood by turbulent flow chromatography coupled to tandem mass spectrometry.” Llorca, M., Pérez, F., Farré, M., Agramunt, S., Kogevinas, M. and Barceló, D. (2012). Science of The Total Environment 433(0): 151-160. / Les substàncies per- i poli- fluorades (PFASs) són d’origen antropogènic. Aquest ampli grup de compostos s’ha sintetitzat durant més de 60 anys. Degut a les seves propietats específiques s’utilitzen encara en l’actualitat en diferents aplicacions industrials tals com: electrònica, recobriments tèxtils, embolcall d’aliments, escumes ignífugues i material de laboratori entre d’altres. No obstant, no ha estat fins els últims 15 anys quan a aquests compostos se’ls ha començat a considerar contaminants ambientals. Degut als nivells que es troben en el medi ambient, l’estabilitat i l’acumulació que presenten, aquests anàlits tenen una distribució global en el medi i en biota. En aquest context, el principal objectiu d’aquesta tesi doctoral ha estat l’estudi de la presència, destí i comportament d’un ampli grup de PFASs (13 àcids prfluoroalquílics, 4 perfluorosulfats, 1 perfluorosulfonamida i 3 àcids perfluorofosfònics) en el medi ambient, aliments i, finalment, en algunes matrius humanes. En paral•lel a l’estudi dels esmentats treballs, s’han realitzat en experiments per determinar algunes de les propietats fisicoquímiques i la possible biodegradació aeròbica de 3 àcids perfluorofosfònics. Per aquest motiu, el primer objectiu específic ha esta el desenvolupament de diferents mètodes analítics per a l’estudi d’aquests anàlits en les matrius seleccionades. Els mètodes analítics desenvolupats han inclòs tant mètodes d’extracció fora de línia com de cromatografia en línia, seguit d’una separació per cromatografia líquida acoblada en tàndem a l’espectrometria de masses. Aquests mètodes han estat utilitzats per al posterior estudi de la presència de PFASs en diferents mostres d’aigua provinents de tot el cicle de l’aigua així com peix i altres aliments. Finalment, l’acumulació de PFASs en humans s’ha estudiat a partir de l’anàlisi de mostres de sang de cordó umbilical i llet materna.

Tesi realitzada al Institut de Recerca i Tecnologia Agroalimentàries (IRTA), Centre de Cabrils / The availability of most edible ectomycorrhizal mushrooms depends on their natural fructification. Therefore, mycorrhizal plant production could be an alternative for obtaining ectomycorrhizal edible fungi. The first step to establish a plantation for a certain species of mushrooms is the production of plants, inoculated with the fungus, in order to be outplanted to field. The mycorrhization of plants with species of the Boletus edulis complex has been achieved under pure culture synthesis conditions. The production of B. edulis mycorrhizal plants under nursery conditions could be achieved by acclimation of in vitro-produced mycorrhizal plants, but needs still more research to determine an appropriate procedure. Sporocarp formation of these fungi is linked to habitat characteristics and climate conditions, but these data alone do not explain all the trends of fungal fruiting and dynamics. It could be hypothesized that the amount of soil mycelia could also be related to the production of carpophores. Progress of new technologies in molecular biology and the availability of fungal genomes have led to the development, implementation and use of techniques for the traceability of edible ectomycorrhizal fungi. Through the thesis it has been demonstrated that the real- time PCR technique, with the design of specific oligonucleotides for the detection and quantification of extraradical mycelium in soil, allows us to determine the concentration of soil mycelium in forests and plantations, increasing detection limits over conventional PCR. Specific primers and probes have been designed for B. edulis and Tuber melanosporum for real-time PCR amplification, allowing the traceability of these fungal species in the controlled production of edible mycorrhizal mushrooms. The annual belowground dynamics of extraradical soil mycelium, ectomycorrhizal root tips and sporocarp production of two ectomycorrhizal fungi, B. edulis and Lactarius deliciosus, have been studied in two different pine forests (Pinar Grande and Pinares Llanos, respectively) in Soria in permanent plots. Quantification of extraradical mycelium of Rhizopogon roseolus x Pinus pinea plantations (two in Cabils) and of T. melanosporum x Quercus ilex plantation (one in Cerc), in Catalunya has been carried out from its establishment until 24 or 48 months. T. melanosporum extraradical mycelium has also been quantified by real-time PCR in a natural truffle ground and in seven truffle orchards (around 20 years old) established in Tierra Estella and Valdorba sites (Navarra). Finally, the spatial genetic structure of T. melanosporum population was analyzed in a productive orchard (France). The distribution of the two T. melanosporum mating types was monitored in the soil. Ectomycorrhizas and ascocarps were mapped and genotyped using simple sequence repeat markers and the mating type locus and their genetic profiles were compared. No direct relationships were found between soil mycelium amounts and sporocarp production for any of the studied fungal species, but it was possible to obtain positive correlations between vegetative structures (ectomycorrhiza and extraradical mycelium) for B. edulis, R. roseolus and T. melanosporum. The results obtained open the possibility of using quantification of soil mycelium by real-time PCR as a good indicator for root colonization in field conditions (in natural areas or in manmade orchards), especially when a nondestructive sampling or less time consuming analysis were required. The extraradical mycelial amounts of B. edulis, L. deliciosus and R. roseolus and T. melanosporum mycorrhizas were correlated with climate parameters as temperature, rainfall, solar radiation, relative humidity and evapotranspiration. Moreover, it has been possible to map the distribution of different T. melanosporum genotypes trough the traceability of ascocarps, ectomycorrhizas and soil samples. A pronounced spatial genetic structure was found. A nonrandom distribution pattern of the T. melanosporum was observed, resulting in field patches colonized by genets that shared the same mating types. / La disponibilitat de la majoria dels fongs micorízics comestibles depèn de la seva fructificació natural. La formació de bolets està relacionada amb les característiques de l'hàbitat i les condicions climàtiques, però aquestes dades no expliquen ni la dinàmica de la fructificació ni del miceli d’aquests fongs. L’establiment de plantacions a partir de plantes micorizades pot ser una alternativa per a l'obtenció de fongs comestibles ectomicorízics. El progrés de les noves tecnologies en la biologia molecular han permès el desenvolupament, implementació i ús de tècniques per a la traçabilitat dels fongs ectomicorízics comestibles. A la tesi s'ha demostrat que la PCR en temps real, amb el disseny d'oligonucleòtids específics per a la detecció i quantificació de miceli extraradical, ens permet determinar la concentració de miceli present al sòl tant a boscos com a plantacions. La micorizació de plantes amb espècies del complex Boletus edulis s'ha aconseguit en condicions de cultiu pur. S’han dissenyat encebadors i sondes específics per l’amplificació de B. edulis i Tuber melanosporum per PCR en temps real. S’ha estudiat la dinàmica estacional del miceli extraradical, les ectomicorizes i la producció de B. edulis i Lactarius deliciosus, a dos boscos de Sòria. També s’ha quantificat el miceli extraradical de Rhizopogon roseolus (a dues plantacions) i de T. melanosporum (a una plantació), des del seu establiment. Per altra banda s’ha quantificat el miceli extraradical de T. melanosporum en una tofonera natural i en set plantacions (d’uns 20 anys). Finalment, s’ha analitzat l'estructura genètica d’una població de T. melanosporum a una plantació productiva, determinat la distribució dels tipus de compatibilitat al sòl, i els genotips de micorizes i ascocarps fent us de marcadors microsatèl•lits. No s'ha trobat relació directa entre les quantitats de miceli del sòl i la producció per cap de les espècies estudiades, però s’ha correlacionat positivament les estructures vegetatives de B. edulis, R. roseolus i T. melanosporum. Els resultats obren la possibilitat d'utilitzar la quantificació de miceli del sòl per PCR en temps real com un bon indicador de la colonització de les arrels en condicions de camp. Les quantitats de miceli extraradical de B. edulis, L. deliciosus i R. roseolus i les micorizes de T. melanosporum s’han correlacionat amb diferents paràmetres climàtics. Finalment, ha estat possible determinar la distribució dels diferents genotips de T. melanosporum a una plantació, on es va trobar una estructura genètica espacial amb un patró de distribució no aleatori, resultant en zones de camp colonitzat per genets que compartien els mateixos tipus de compatibilitat.

Esta tesis se basa fundamentalmente en el estudio in situ del polimorfismo de triacilgliceroles (TAGs) mayoritarios de aceites y grasas alimentarios, la determinación del comportamiento de fases de algunas de sus mezclas binarias, y la aplicación del polimorfismo como herramienta para la autentificación de productos alimentarios. Se ha llevado a cabo la caracterización polimórfica de los TAGs POP, OPO, POO, POL, SOO, OOO y OOL, básicamente utilizando una combinación de calorimetría diferencial de barrido y difracción de rayos X con radiación sincrotrón (SAXD y WAXD). Así, se han podido monitorizar los procesos dinámicos de cristalización y las transiciones polimórficas cuando las muestras se sometían a diferentes velocidades de enfriamiento y calentamiento. Los resultados obtenidos son directamente aplicables a procesos de cristalización de aceites y grasas alimentarios, con la finalidad de obtener las propiedades deseadas del producto final, utilizando los tratamientos térmicos más eficientes. Para comprender las interacciones intermoleculares que tienen lugar entre TAGs, se ha determinado los diagramas de fases de las mezclas PPO-OPO, PPO-POO y POO-OPO. Se ha observado un comportamiento eutéctico para el sistema PPO-OPO, mientras que en los sistemas PPO-POO y POO-OPO se formaba un compuesto molecular (co-cristal) metaestable, que tendía a separarse en los componentes de origen. Mediante el uso de difracción de rayos X con micro-haz de radiación sincrotrón, se han analizado las microestructuras heterogenias de mezclas de POP-OPO. El estudio de estos agregados cristalinos esferulíticos es directamente aplicable a procesos de fraccionamiento del aceite de palma. Con la finalidad de comprender muestras grasas más complejas, se ha caracterizado el complejo comportamiento polimórfico de mezclas multi-componente de 3 a 6 TAGs. Para el caso particular del aceite de oliva, el comportamiento polimórfico viene básicamente determinado por los TAGs mayoritarios, mientras que los componentes minoritarios parecen desarrollar un papel menos crucial. Finalmente, se ha aplicado el comportamiento polimórfico como herramienta para la autentificación y detección de fraudes en productos alimentarios. Ha sido posible determinar adiciones fraudulentas de aceite de avellana en aceite de oliva virgen extra en concentraciones inferiores al 5%, y se han podido establecer diferencias muy significativas en grasas de jamones Ibéricos de las categorías cebo y bellota. / Lipids, together with proteins and carbohydrates are major nutrients and also employed as lipophilic materials in food, cosmetic and pharmaceutical industries. Alimentary and industrial fats and oils (such as vegetable oils, margarine, chocolate, and confectionery fats) mainly consist of triacylglycerols (TAGs), whose molecules involve different types of fatty acid moieties. TAGs show a complicated crystallization behavior. The physicochemical properties of a TAG molecule are determined by the nature and compositions of the three fatty acid moieties. These properties must be studied not only in their pure systems but also in mixed systems. In particular, studies on binary mixture systems provide valuable information about molecular interactions among different lipid materials. This PhD thesis is based on the study of the in situ polymorphic characterization of the main TAGs of some vegetable and animal fats and oils, some of their mixtures and the use of the polymorphic behavior of edible fats and oils as a tool to determine their authentication. The polymorphic study of the triacylglycerols POP, OPO, POO, POL, SOO, OOO and OOL was in situ characterized by mainly using differential scanning calorimetry (DSC) and synchrotron radiation X-ray diffraction (SR-XRD) with SAXD and WAXD simultaneous measurement. The combined usage of DSC and SR-XRD or laboratory-scale X-ray diffraction enabled us to monitor the occurrence and transformation behavior at different rates of cooling and heating. The results obtained are closely related to actual crystallization processes of edible fats and oils, in which most functional polymorphic forms can be obtained by applying the most efficient thermal treatments. We also determined the phase behavior of binary mixtures of mixed-acid TAGs containing palmitic and oleic fatty acids (i.e. PPO-OPO, PPO-POO and POO-OPO). PPO-OPO system revealed an eutectic behavior, whereas PPO-POO and POO-OPO were molecular compound-forming. Long incubation periods were needed in order to thermodynamically stabilize the binary mixtures, and the results demonstrated that molecular compounds of PPO-POO and POO-OPO were metastable and tended to separate into the pure TAG components. On the other hand, microstructures of spherulites of POP-OPO binary mixtures were analyzed in neat liquid and solution (n-dodecane) systems by using synchrotron radiation microbeam X-ray diffraction (SR-mu-XRD). Due to a molecular compound formation at the 50:50 concentration ratio, 75POP:25OPO and 25POP:75OPO compositions were characterized to study how the microstructures of spherulites of the TAGs mixtures are determined when the molecular compound crystals and POP or OPO component crystals can be formed competitively. Studies of these heterogeneous microstructures in neat liquid and solution are applicable to palm oil fractionation processes by dry and solvent methods. In an attempt to make an approach to complex natural fatty samples, such as olive oil, the polymorphism of multicomponent mixtures (from 3 to 6 TAG components) was analyzed and discussed. Thus, we observed that the polymorphic behavior of an extra virgin olive oil from the Arbequina olive variety was mainly influenced by its main TAGs, whereas apparently minor components did not develop a crucial role. Furthermore, we also used the polymorphic behavior of natural fat and oils (virgin and extra virgin olive oil, and Iberian ham fat) as a tool to determine authenticity (different ham categories depending on the fattening system used) and detection of adulterations (fraudulent additions of hazelnut oil in olive oil). The combined use of DSC and preliminary chemometric calculations permitted determining fraudulent additions of raw hazelnut oil in an extra virgin olive oil (Arbequina) at concentrations below 5%. On the other hand, highly significant differences were detected in the polymorphic behavior of Iberian ham fat from the bellota and cebo categories.