An anion conductance, the essential component of the hydroxyl-radical-induced Ion current in plant roots

IGOR POTTOSIN ALBERTO ISAAC ZEPEDA JAZO JAYACUMAR BOSE (2018, [Artículo])

Oxidative stress signaling is essential for plant adaptation to hostile environments. Previous studies revealed the essentiality of hydroxyl radicals (HO•)-induced activation of massive K+ efflux and a smaller Ca2+ influx as an important component of plant adaptation to a broad range of abiotic stresses. Such activation would modify membrane potential making it more negative. Contrary to these expectations, here, we provide experimental evidence that HO• induces a strong depolarization, from −130 to −70 mV, which could only be explained by a substantial HO•-induced efflux of intracellular anions. Application of Gd3+ and NPPB, non-specific blockers of cation and anion conductance, respectively, reduced HO• induced ion fluxes instantaneously, implying a direct block of the dual conductance. The selectivity of an early instantaneous HO•-induced whole cell current fluctuated from more anionic to more cationic and vice versa, developing a higher cation selectivity at later times. The parallel electroneutral efflux of K+ and anions should underlie a substantial leak of the cellular electrolyte, which may affect the cell’s turgor and metabolic status. The physiological implications of these findings are discussed in the context of cell fate determination, and ROS and cytosolic K+ signaling

BIOQUÍMICA Anions Membrane potentials (Electrophysiology) Patch-clamp techniques (Electrophysiology) Oxidative stress Anion conductance Electrolyte leakage Hydroxyl radical

Facile synthesis of a TiO2-Al2O3-GnPs compound and its application in the photocatalytic degradation of Diuron

Alina De J. Zurita Yduarte Diana J. Gallegos Hernández URIEL ALEJANDRO SIERRA GOMEZ GLADIS JUDITH LABRADA DELGADO SALVADOR FERNANDEZ TAVIZON Pedro Jesús Herrera Franco SRINIVAS GODAVARTHI JOSE GILBERTO TORRES TORRES ADRIAN CERVANTES URIBE CLAUDIA GUADALUPE ESPINOSA GONZALEZ (2022, [Artículo])

"New ternary materials TiO2-Al2O3-GnPs (TAG) were prepared by using an innocuous sol-gel method with a slight modification for the addition of graphene nanoplatelets (GnPs), under room temperature and atmospheric pressure. The materials TiO2-Al2O3-GnPs were prepared with variations of concentration between 0.05 and 1 wt % of GnPs. In this study, we analyzed the physicochemical properties by X-ray diffraction (XRD) and UV-Vis spectroscopy, textural properties by N2 physisorption, morphology by scanning and transmission electron microscopy (SEM, TEM) and a chemical species analysis was carried out by X-ray photoelectron spectroscopic (XPS). The photocatalytic activity of each material was evaluated in the degradation of a model molecule, Diuron, a carcinogenic and cytotoxic herbicide used in farm fields. To determine reaction selectivity and mineralization degree, the photocatalytic reaction was monitored by using UV-Vis spectroscopy and total organic carbon (TOC). In samples with higher GnPs’ concentration, a good enough specific surface area of up to 379 m2/g was observed, and reduced band gap energy (2.8 eV) with respect to TiO2 and mixed oxide (3.2 and 3.1 eV respectively), was obtained. These resulting properties were the key indicator so that the materials could be applied as photocatalysts. In the photocatalytic activity determination, TAG-0.75 was the sample that showed the best results with respect to the mixed oxide; the highest photocatalytic conversion, the reduced average life time, and increased mineralization and reaction selectivity."

Graphene nanoplatelets Mixed oxides Sol-gel Photocatalytic degradation BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA

DESACTIVACIÓN DE FLUORESCENCIA COMO PRINCIPIO DE BIODETECCIÓN DE PROTEÍNAS

Edwin Johan Ortiz Riaño (2020, [Tesis de maestría])

"En nuestros días los inmunoensayos son la principal herramienta para el diagnóstico médico, el desarrollo de fármacos y el monitoreo medioambiental. Sin embargo, la mayoría de los inmunoensayos involucran procedimientos que requieren de muchos elementos para su desarrollo. En el presente trabajo, se desarrolló una novedosa plataforma de biosensado para la detección de IgG humana basada en el apagamiento de fluorescencia causada por el óxido de grafeno. Se utilizó solo un anticuerpo (conjugado con el fluoróforo isotiocianato de fluoresceína) en los procesos de captura y detección sin la necesidad de etapas de lavado. La simple plataforma de biosensado consiste en el recubrimiento de una microplaca de 96 pocillos (con fondo de poliestireno) con óxido de grafeno. La adhesión del óxido de grafeno es posible gracias a interacciones electrostáticas entre el óxido de grafeno (negativamente cargado) y la superficie de la placa modificada con grupos aminos (positivamente cargados). Cuando se agregó el analito y el anticuerpo (conjugado con el fluoróforo) se realizó una cinética durante dos horas con lecturas cada 5 minutos de la intensidad de fluorescencia, observando que cuanto mayor era la concentración del analito menor era el apagamiento de fluorescencia. Esta propuesta mostró una excelente detección para IgG humana, con una aceptable precisión (desde 0.27 % hasta 4.80 %). El límite de detección alcanzado fue 2.71 ng mL y el límite de cuantificación alcanzado fue de 15.5 ng mL. De igual forma, fue posible la cuantificación de concentraciones desconocidas del analito dentro de un rango aceptable de exactitud (desde 73 % hasta 126 %). Todo esto hace de esta plataforma de biosensado una buena opción para la detección de diversos tipos de analitos (biomarcadores) con potencial futuro en diagnóstico."

Inmunoensayo Plataforma de Biosensado Óxido de Grafeno Isotiocianato de fluoresceína Apagamiento de fluorescencia Límite de cuantificación Límite de detección CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA ÓPTICA

EVALUACIÓN DE LA ACTIVIDAD Y EXPRESIÓN GÉNICA DE ENZIMAS ANTIOXIDANTES (SOD, GPX, GST, GR y CAT) COMO BIOMARCADORES DE EXPOSICIÓN A FTALATOS EN CULTIVO CELULAR

Elizabeth Brassea Pérez (2023, [Tesis de doctorado])

"El plastificante bis(2-etilhexilo) ftalato (DEHP) altera el equilibrio entre la producción de especies reactivas de oxígeno y las defensas antioxidantes. A pesar de la información disponible sobre los efectos tóxicos del DEHP en organismos modelo, la respuesta celular al DEHP en especies naturalmente adaptadas para tolerar el estrés oxidativo aún no se ha explorado. Los mamíferos marinos están naturalmente adaptados para hacer frente al estrés oxidativo derivado de la isquemia/reperfusión inducida por el buceo. El objetivo de este estudio fue comparar los cambios en los indicadores de estrés oxidativo asociados al DEHP en células de músculo esquelético de humanos (Homo sapiens sapiens) y lobos marinos de California (Zalophus californianus). Se recolectaron muestras de músculo abdominal de mujeres sanas sometidas a cesárea programada, tras obtener su consentimiento informado. Las muestras de músculo de lobo marino se obtuvieron de crías encontradas recientemente muertas en la colonia de Los Islotes, Golfo de California. Las células de músculo esquelético se aislaron y cultivaron en condiciones estándar. Las células se dividieron en dos grupos. Un grupo fue expuesto a DEHP (1 mM) durante 13 días (n=25; exposición), el otro grupo se mantuvo bajo condiciones control, es decir sin DEHP añadido (n=25; control). Se midió la producción de radical superóxido (O2•-), el daño oxidativo, la actividad de enzimas antioxidantes y la expresión génica mediante métodos espectrofotométricos y RT-qPCR. En células expuestas al DEHP la producción de O2•- y la actividad de superóxido dismutasa (SOD) fueron mayores que en las células bajo condiciones control para ambas especies. La actividad de glutatión S-transferasa (GST) y los niveles de carbonilos proteicos (PC) aumentaron significativamente en las células humanas expuestas a DEHP, y no significativamente en las células de lobo marino. Por el contrario, las actividades de glutatión peroxidasa (GPx) y catalasa (CAT) aumentaron significativamente en las células de lobo marino, pero no en las de humano expuestas a DEHP. Se observó una expresión diferencial de los genes implicados en el metabolismo redox entre las células control y expuestas a DEHP y entre especies. Los patrones de expresión de 26 y 19 genes fueron significativamente diferentes en las células humanas y de lobo marino, respectivamente, después de la exposición a DEHP. En las células humanas, la expresión de la GST1 microsomal y la GST (κ, μ, θ, ω y ᴢ) fue mayor,

"The plasticizer bis (2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) dysregulates the balance between reactive oxygen species production and antioxidant defenses. Despite the information available on DEHP’s hazardous effects in model species, the cellular response to DEHP in organisms naturally adapted to tolerate oxidative stress remains unexplored. Marine mammals are naturally adapted to cope with oxidative stress derived from diving-induced ischemia/reperfusion. The objective of this study was to compare changes in oxidative stress indicators induced by DEHP in human (Homo sapiens sapiens) and California sea lion (Zalophus californianus) skeletal muscle cells. Abdominal muscle samples were collected from healthy women undergoing planned cesarean surgery at full term after obtaining informed consent. Sea lion muscle samples were obtained from recently deceased pups at Los Islotes rookery, Gulf of California. Skeletal muscle cells were isolated and cultured under standard conditions. Cells were divided into two groups. One group was exposed to 1 mM DEHP for 13 days (n=25; treatment), and the other served as a control (n=25; no DEHP). Superoxide radical (O2•-) production, oxidative damage, antioxidant enzyme activities and gene expression were measured using spectrophotometric methods and RT-qPCR. DEHP exposure increased O2•- production and superoxide dismutase (SOD) activity in both species. While the activity of glutathione S-transferase (GST) and protein carbonyls (PC) levels significantly increased in human cells, these indicators showed a non-significant elevation in sea lion cells. In contrast, glutathione peroxidase (GPx) and catalase (CAT) activities increased significantly in sea lion but not in human cultures exposed to DEHP. Genes involved in redox metabolism showed differential expression between treatments and species. DEHP exposure led to widespread modifications in gene expression patterns, with 26 and 19 differentially expressed genes in human and sea lion cells, respectively. In human cells, DEHP increased GST1 and GST (κ, μ, θ, ω, and ᴢ), while suppressing 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1), CAT, GR, and nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) expression, suggesting increased oxidative stress and phase two detoxification processes. In contrast, DEHP increased OGG1, NRF2, GPx2 and SOD3 expression, suggesting that DEHP activates antioxidant defenses in sea lion cells, potentially contributing to maintain redox homeostasis and avoid oxidative...

Contaminantes emergentes, enzimas antioxidantes, estrés oxidativo, mamíferos, Una Salud Antioxidant enzymes, emerging pollutants, mammals, One Health, oxidative stress BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA BIOQUÍMICA ENZIMOLOGIA ENZIMOLOGIA

Desarrollo de nanocompositos de cápside viral P22 para la terapia con profármacos enzimáticos en cáncer de mama

Development of P22 viral capsid nanocomposites for enzymatic prodrug therapy in breast cancer

Astrid Rebeca Luna Rios (2024, [Tesis de maestría])

Las estrategias actuales contra el cáncer de mama presentan limitaciones debido a la falta de selectividad, disminuyendo su efectividad. La mayoría de los fármacos, como el tamoxifeno, requieren la activación metabólica por parte de las enzimas de la familia citocromo P450 (CYP) para ejercer mayores efectos anticancerígenos. Sin embargo, la concentración del CYP es variable y baja en las células tumorales, especialmente en el cáncer de mama, lo que provoca efectos secundarios. En la terapia de activación enzimática de profármacos (EPT), las enzimas se dirigen al tumor para transformar el profármaco, lo que normalmente implica la administración de la enzima seguida del profármaco. Sin embargo, las diferencias entre la farmacocinética y farmacodinamia son un obstáculo para mejorar el tratamiento. Por lo tanto, la administración conjunta de profármaco y enzima es esencial para garantizar su interacción favorable en el tumor. Este trabajo reporta una nueva clase de nanocompositos terapéuticos basados en partículas tipo virus P22 confinando CYP, funcionalizadas superficialmente con glucosa oxidasa (GOx) que transforma la glucosa en D-glucono-δ-lactona produciendo H2O2, el aceptor final de electrones en la transformación de tamoxifeno mediado por CYP, y conjugadas con un derivado de tamoxifeno como profármaco y ligando dirigido utilizando polietilenglicol como conector. En un microambiente tumoral rico en glucosa, estos nanocompuestos pueden producir fármaco activo in situ. Se caracterizaron las propiedades fisicoquímicas y la catálisis secuencial mediada por glucosa de los nanocompositos. Los estudios in vitro demostraron una disminución en la viabilidad celular en líneas celulares de cáncer de mama ER+ y ER-. Sin embargo, la internalización celular en ausencia de glucosa mostró ser preferencial con las VLPs dirigidas en ambas líneas celulares. La administración conjunta de enzimas y profármacos con una localización mejorada de las VLPs desarrolladas después de la funcionalización del tamoxifeno, lo que sugiere el potencial de los nanocompositos desarrollados para superar los desafíos existentes de la EPT y mejorar los resultados terapéuticos con efectos secundarios reducidos.

Current treatment strategies against breast cancer have limitations due to lack in selectivity. Most drugs, such as tamoxifen, require metabolic activation by cytochrome P450 (CYP) enzymes to perform greater anticancer effects. However, the concentration of CYP varies and is low in tumor cells, especially in breast cancer, resulting in side-effects. In enzyme prodrug therapy (EPT), enzymes are targeted to the tumor cells for prodrug transformation, typically involving the sequential delivery of the enzyme followed by the prodrug. However, differences in pharmacokinetics and pharmacodynamics are a major hindrance for improving treatment. Therefore, co-delivery of prodrug and enzyme is essential to ensure their favorable interaction in tumor. This work reports a new class of therapeutic nanocomposites based on P22 virus like particles (VLPs) confining the CYP activity, surface functionalized with glucose oxidase (GOx) that transforms glucose into D-glucono-δ-lactone producing hydrogen peroxide, the final electron acceptor in the CYP-mediated transformation of tamoxifen, and together conjugated with a tamoxifen derivative as prodrug and targeting ligand using polyethylene glycol as a linker. In glucose-rich tumor microenvironment, these nanocomposites can produce active drug in situ. The physicochemical properties and sequential glucose-mediated catalysis of the nanocomposites were characterized. In vitro studies demonstrated a decrease in cell viability in both ER+ and ER- breast cancer cell lines. However, cellular internalization in the absence of glucose showed improved uptake of targeted VLPs in both cell lines. The co-delivery of enzymes and prodrug with improved localization of developed VLPs after tamoxifen functionalization, suggests the potential of developed nanocomposites to overcome the existing challenges of EPT and improve the therapeutic outcomes with reduced side effects.

VLP-P22, Citocromo P45O, Glucosa oxidasa, Tamoxifeno, Terapia de activación enzimática de profármacos VLP-P22, Cytochrome P45O, Glucose oxidase, Tamoxifen, Enzyme prodrug therapy BIOLOGÍA Y QUÍMICA QUÍMICA QUÍMICA FARMACÉUTICA DISEÑO.SÍNTESIS Y ESTUDIO NUEVOS FÁRMACOS DISEÑO.SÍNTESIS Y ESTUDIO NUEVOS FÁRMACOS

Desarrollo de interfaces de electrodos para la detección electroquímica de Bisfenol A: Estudio teórico

JAZMIN DELGADO AVILEZ (2023, [Tesis de maestría])

El bisfenol A (BPA), es un contaminante de origen industrial presente en efluentes y

aguas naturales, que representa un alto riesgo para el entorno ambiental y para la salud humana debido a su inherente toxicidad y su limitada capacidad de degradación. En este contexto, los sensores electroquímicos, generalmente basados en electrodos de carbono, son herramientas fundamentales con el propósito de detectar y cuantificar esta molécula. Sin embargo, estos dispositivos enfrentan desafíos sustanciales derivados de la inactivación electroquímica, un fenómeno atribuido a la formación de una capa aislante o polimerización durante el proceso de detección. La descripción de los mecanismos de reacción BPA/superficie del electrodo puede ser útil para identificar los sitios activos y contribuir a la elucidación del proceso de polimerización.

En esta investigación, se implementó un estudio teórico mediante Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT) con el propósito de analizar con profundidad las interacciones entre el BPA en sus diversos estados de oxidación: oxidada (O), reducida (R) y monoprotonada (r*) y materiales de carbono. A tal efecto, se empleó el grafeno funcionalizado (plano basal, borde tipo silla y zigzag) como modelo representativo de la superficie del electrodo. Finalmente se evalúan las posibilidades de la dimerización del BPA o polimerización sobre varios grupos funcionales. El objetivo principal radica en la detección de grupos funcionales específicos que puedan inducir procesos secundarios, los cuales actúan como obstáculos para la eficaz detección electroquímica del BPA. La información resultante se instituye como un recurso valioso con miras al diseño y la optimización de sensores electroquímicos con un desempeño más robusto y sofisticado.

A continuación, se detalla la sinopsis general de este trabajo describiendo cada capítulo y las etapas involucradas en el estudio del modelo teórico de DFT para el sistema de reacción BPA/superficie del electrodo.

Capítulo 1. Estado del arte tanto de los usos industriales como las implicaciones

ambientales asociadas al Bisfenol A. Una de las problemáticas que se destacan es la necesidad de una detección precisa de esta molécula mediante sensores electroquímicos cuya limitación es la inactivación que presentan. También se describe la justificación del trabajo, así como el uso del modelo computacional, además de los objetivos y la hipótesis del mismo.

Capítulo 2. Descripción de los fundamentos teóricos basados en primeros principios, de la Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT), con un enfoque especial en las aproximaciones para desarrollar modelos representativos que optimicen el tiempo de cálculo. Además, se detallan las características de la estructura y la superficie de los materiales de carbono considerados en el proceso de modelado.

Capítulo 3. Detalle del proceso de construcción del modelo de superficie para el estudio de las interacciones BPA/superficie del electrodo, donde se empleó el modelo del plano basal,así como los bordes tipo silla y zigzag del grafeno, con funcionalizaciones que incluyen COOH, OH, éter, epóxido, cetona y terminaciones de hidrógeno.

Bisphenol A (BPA) is a contaminant of industrial origin present in effluents and natural waters. It represents a high environmental and human health risk due to its inherent toxicity and limited degradation capacity. In this context, electrochemical sensors, generally based on carbon electrodes, are fundamental to detecting and quantifying this molecule. However, these devices face substantial challenges from electrochemical inactivation, a phenomenon attributed to forming an insulating layer or polymerization during the sensing process. The description of the BPA/electrode surface reaction mechanisms can be helpful to identify the active sites and contribute to the elucidation of the polymerization process.

In this research, a theoretical study was implemented using Density Functional Theory (DFT) to analyze in depth the interactions between BPA in its various oxidation states: oxidized (O), reduced (R), and monoprotonated (r*) and carbon materials. For this purpose, functionalized graphene (basal plane, saddle edge, and zigzag) was used as a representative model of the electrode surface. Finally, the possibilities of BPA dimerization or polymerization on various functional groups are evaluated. The main objective is detecting specific functional groups that can induce secondary processes, which act as obstacles to the effective electrochemical detection of BPA. The resulting information is a valuable resource for designing and optimizing electrochemical sensors with more robust and sophisticated performance.

The general synopsis of this work is detailed below, describing each chapter and the

stages involved in the study of the theoretical DFT model for the BPA/electrode surface reaction system.

Chapter 1. State of the art of industrial uses and the environmental implications associated with Bisphenol A. One of the problems that stands out is the need for precise detection of this molecule using electrochemical sensors, whose limitation is the inactivation they present. The justification of the work is also described, as well as the use of the computational model, in addition to its objectives and hypothesis.

Chapter 2. Description of the theoretical foundations based on first principles of Density Functional Theory (DFT), focusing on approaches to develop representative models that optimize calculation time. Additionally, the structure and surface characteristics of the carbon materials considered in the modeling process are detailed.

Chapter 3. Detail of the construction process of the surface model for the study of BPA/electrode surface interactions, where the basal plane model was used, as well as the chair- type and zigzag edges of graphene, with functionalizations that include COOH, OH, ether, epoxide, ketone, and hydrogen endings.

INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA CIENCIAS TECNOLÓGICAS Oxidación de fenoles, Teoría de funcionales de la densidad (DFT), electrodos de carbono, desactivación electroquímica, Bisfenol A (BPA). Phenol oxidation, Density Functional Theory (DFT), carbon electrodes, electrochemical deactivation, Bisphenol A (BPA).

Spatial Effects of Urban Transport on Air Pollution in Metropolitan Municipalities of Mexico

GERZAIN AVILES POLANCO Marco Antonio Almendárez Hernández Luis Felipe Beltrán Morales Alfredo Ortega Rubio (2022, [Artículo])

"The objective of this work was to estimate the local effects and spatial spillover effects of the number of vehicles, use of urban public transport, and population density on nitrogen oxide emissions for 405 metropolitan municipalities in Mexico in 2016. To this end, a Spatial Durbin Model was estimated. We found positive direct effects of the number of vehicles and population density and negative direct effects of the use of urban public transport. The number of vehicles in circulation had negative spillover effects on the nitrogen oxide emissions of neighboring municipalities. These results indicate that the design of public policy programs aimed at reducing air pollution in Mexico should be based on coordination across metropolitan municipalities."

private car transportation, air pollution, nitrogen oxide emissions, spatial spillover effects, metropolitan municipalities CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO METEOROLOGÍA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA