Kinetic barriers in RNA unzipping

We consider a simple model for the unfolding of RNA tertiary structure under dynamic loading. The opening of such a structure is regarded as a two step process, each corresponding to the overcoming of a single energy barrier. The resulting two-barrier energy landscape accounts for the dependence of the unfolding kinetics on the pulling rate. Furthermore at intermediate force, the two barriers cannot be distinguished by the analysis of the opening kinetic, which turns out to be dominated by a single macro-barrier, whose properties depend non-trivially on the two single barriers. Our results suggest that in pulling experiments on RNA molecule containing tertiary structures, the details of the single kinetic barriers can only be obtained using a low pulling rate value, or in the high force regime.Comment: to appear on Eur. Phys. J.

Weak temporal signals can synchronize and accelerate the transition dynamics of biopolymers under tension

In addition to thermal noise, which is essential to promote conformational transitions in biopolymers, cellular environment is replete with a spectrum of athermal fluctuations that are produced from a plethora of active processes. To understand the effect of athermal noise on biological processes, we studied how a small oscillatory force affects the thermally induced folding and unfolding transition of an RNA hairpin, whose response to constant tension had been investigated extensively in both theory and experiments. Strikingly, our molecular simulations performed under overdamped condition show that even at a high (low) tension that renders the hairpin (un)folding improbable, a weak external oscillatory force at a certain frequency can synchronously enhance the transition dynamics of RNA hairpin and increase the mean transition rate. Furthermore, the RNA dynamics can still discriminate a signal with resonance frequency even when the signal is mixed among other signals with nonresonant frequencies. In fact, our computational demonstration of thermally induced resonance in RNA hairpin dynamics is a direct realization of the phenomena called stochastic resonance (SR) and resonant activation (RA). Our study, amenable to experimental tests using optical tweezers, is of great significance to the folding of biopolymers in vivo that are subject to the broad spectrum of cellular noises.Comment: 22 pages, 7 figure

Mechanical unfolding of RNA hairpins

Mechanical unfolding trajectories, generated by applying constant force in optical tweezer experiments, show that RNA hairpins and the P5abc subdomain of the group I intron unfold reversibly. We use coarse-grained Go-like models for RNA hairpins to explore forced-unfolding over a broad range of temperatures. A number of predictions that are amenable to experimental tests are made. At the critical force the hairpin jumps between folded and unfolded conformations without populating any discernible intermediates. The phase diagram in the force-temperature (f,T) plane shows that the hairpin unfolds by an all-or-none process. The cooperativity of the unfolding transition increases dramatically at low temperatures. Free energy of stability, obtained from time averages of mechanical unfolding trajectories, coincide with ensemble averages which establishes ergodicity. The hopping time between the the native basin of attraction (NBA) and the unfolded basin increases dramatically along the phase boundary. Thermal unfolding is stochastic whereas mechanical unfolding occurs in "quantized steps" with great variations in the step lengths. Refolding times, upon force quench, from stretched states to the NBA is "at least an order of magnitude" greater than folding times by temperature quench. Upon force quench from stretched states the NBA is reached in at least three stages. In the initial stages the mean end-to-end distance decreases nearly continuously and only in the last stage there is a sudden transition to the NBA. Because of the generality of the results we propose that similar behavior should be observed in force quench refolding of proteins.Comment: 23 pages, 6 Figures. in press (Proc. Natl. Acad. Sci.

Probing complex RNA structures by mechanical force

RNA secondary structures of increasing complexity are probed combining single molecule stretching experiments and stochastic unfolding/refolding simulations. We find that force-induced unfolding pathways cannot usually be interpretated by solely invoking successive openings of native helices. Indeed, typical force-extension responses of complex RNA molecules are largely shaped by stretching-induced, long-lived intermediates including non-native helices. This is first shown for a set of generic structural motifs found in larger RNA structures, and then for Escherichia coli's 1540-base long 16S ribosomal RNA, which exhibits a surprisingly well-structured and reproducible unfolding pathway under mechanical stretching. Using out-of-equilibrium stochastic simulations, we demonstrate that these experimental results reflect the slow relaxation of RNA structural rearrangements. Hence, micromanipulations of single RNA molecules probe both their native structures and long-lived intermediates, so-called "kinetic traps", thereby capturing -at the single molecular level- the hallmark of RNA folding/unfolding dynamics.Comment: 9 pages, 9 figure

Single molecule experiments in biophysics: exploring the thermal behavior of nonequilibrium small systems

Biomolecules carry out very specialized tasks inside the cell where energies involved are few tens of k_BT, small enough for thermal fluctuations to be relevant in many biomolecular processes. In this paper I discuss a few concepts and present some experimental results that show how the study of fluctuation theorems applied to biomolecules contributes to our understanding of the nonequilibrium thermal behavior of small systems.Comment: Proceedings of the 22nd Statphys Conference 2004 (Bangalore,India). Invited contributio

Desafíos institucionales para la implementación del Plan Estratégico de Seguridad Vial 2024-2027: un análisis comparado de gobiernos locales en Argentina

Este trabajo aborda los desafíos institucionales que enfrentan los gobiernos locales argentinos para implementar el Plan Estratégico de Seguridad Vial 2024–2027, impulsado por la Agencia Nacional de Seguridad Vial (ANSV). En un contexto federal que distribuye competencias entre Nación, provincias y municipios, el estudio se centra en analizar la capacidad institucional de tres jurisdicciones específicas: Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Moreno y Tres de Febrero. El objetivo principal del trabajo es evaluar el nivel de preparación de estos gobiernos locales para aplicar el Plan, mediante la construcción de un Índice de Capacidad Institucional que contempla cinco dimensiones: capacidad técnica, política, financiera, coordinación intersectorial, educación vial. Los objetivos específicos incluyen diagnosticar dichas capacidades, explorar su vínculo con la implementación de políticas públicas de seguridad vial. La metodología es cualitativa y se basa en análisis documental, revisión normativa y estudio comparado de casos. Se diseñó un índice con criterios específicos que permitió clasificar a los gobiernos locales según su grado de preparación para ejecutar el plan. Se concluye que la implementación del Plan Estratégico no depende únicamente del diseño nacional, sino de la existencia de capacidades institucionales de los gobiernos locales. Asimismo, se subraya la necesidad de fortalecer la articulación multisectorial y el rol de actores no gubernamentales como ONGs y empresas para garantizar sostenibilidad y eficacia en la política de seguridad vial. Este trabajo contribuye al debate sobre políticas públicas en contextos federales.Camacho Onoa, B. (2025) “Desafíos institucionales para la implementación del Plan Estratégico de Seguridad Vial 2024-2027: un análisis comparado de gobiernos locales en Argentina”. [Tesis de maestría. Universidad Torcuato Di Tella]. Repositorio Digital Universidad Torcuato Di Tella https://repositorio.utdt.edu/handle/20.500.13098/1361

Aplicación del estándar PMI para la creación de una metodología de gestión en estudios de arquitectura (pequeñas a medianas empresas) en Quito, Ecuador

Tomando en cuenta la tendencia actual del sector de la construcción y la arquitectura, los estudios de arquitectura se han visto en la obligación de ajustar la forma en que gestionan sus proyectos arquitectónicos, todo esto con la finalidad de mejorar la eficacia de los procesos operativos, así como reducir los plazos de ejecución, aumentar la precisión en los costos de construcción y mantener altos estándares de calidad, además de mejorar la comunicación entre los diferentes interesados. A partir de esta premisa, el objetivo principal de esta investigación tiene por objeto la creación de una metodología de gestión de proyectos arquitectónicos fundamentada bajo el estándar del PMI, que pueda ser aplicada en estudios de arquitectura de pequeñas a medianas empresas en la ciudad de Quito, Ecuador y así permitirles escalar en el sector de la construcción. Como objetivos secundarios, se busca mejorar la eficiencia en la gestión de proyectos arquitectónicos, obteniendo resultados positivos para la empresa tanto a nivel económico como de reputación al fidelizar clientes por el tipo de servicio ofrecido de parte de la organización. Como parte del marco teórico de esta investigación se pretende estudiar la definición de la gestión de proyectos según varios autores, permitiéndonos obtener parámetros más amplios y enriquecedores del tema. Además, se realizará un análisis del sector de la construcción directamente relacionado con los estudios de arquitectura mediante una investigación cuantitativa de los inconvenientes comunes que existen en el proceso de “Diseño”. De igual forma se analizará al estudio de arquitectura “Mater” establecido en Quito, Ecuador, con el fin de conocer a grandes rasgos la metodología de trabajo actual y así lograr plantear posibles mejoras en los procesos involucrados para la creación de la nueva metodología. A continuación, se realizará el estudio de los fundamentos del estándar del PMI® con el fin de obtener la gestión adecuada de un estudio de arquitectura, evaluando así los grupos de procesos, y las áreas de conocimiento, para así lograr comparar estos principios con los del caso de estudio y posteriormente plantear mejoras en los procesos faltantes. Tras realizar el estudio previo se definirá la metodología a diseñar integrando la metodología PMBOK del Project Management Institute (PMI) donde se desarrollará el flujo de trabajo de los diferentes procesos identificados que involucran directamente la gestión en los estudios de arquitectura en Quito, Ecuador

Graffiti, postgraffiti y reconfiguración urbana: usos sociales de las gráficas públicas en el mercado popular de San Roque y en el barrio La Floresta

El creciente protagonismo de las expresiones gráficas públicas del postgraffiti y el graffiti en la transformación de las ciudades, en el marco del actual reordenamiento urbano, viene acompañado de la paulatina institucionalización, profesionalización y regulación de estas prácticas. Esta investigación desarrolla un análisis comparativo de los usos sociales múltiples que adquirieron las piezas de postgraffiti y graffiti en tres festivales de gráfica pública, realizados en dos espacios sociales de la ciudad andina de Quito (el barrio La Floresta y el Mercado de San Roque), durante el periodo 2014-2019. La importancia de analizar la gráfica pública en estos dos espacios sociales radica en que se puede rastrear los distintos matices que adquirieron los usos de la gráfica a través de la diferencia en la trama de condiciones espaciales, económicas, políticas y socioculturales, así como, en las necesidades o intereses de quienes propiciaron la producción de las gráficas y de quienes se apropiaron de las mismas

Single-molecule experiments in biological physics: methods and applications

I review single-molecule experiments (SME) in biological physics. Recent technological developments have provided the tools to design and build scientific instruments of high enough sensitivity and precision to manipulate and visualize individual molecules and measure microscopic forces. Using SME it is possible to: manipulate molecules one at a time and measure distributions describing molecular properties; characterize the kinetics of biomolecular reactions and; detect molecular intermediates. SME provide the additional information about thermodynamics and kinetics of biomolecular processes. This complements information obtained in traditional bulk assays. In SME it is also possible to measure small energies and detect large Brownian deviations in biomolecular reactions, thereby offering new methods and systems to scrutinize the basic foundations of statistical mechanics. This review is written at a very introductory level emphasizing the importance of SME to scientists interested in knowing the common playground of ideas and the interdisciplinary topics accessible by these techniques. The review discusses SME from an experimental perspective, first exposing the most common experimental methodologies and later presenting various molecular systems where such techniques have been applied. I briefly discuss experimental techniques such as atomic-force microscopy (AFM), laser optical tweezers (LOT), magnetic tweezers (MT), biomembrane force probe (BFP) and single-molecule fluorescence (SMF). I then present several applications of SME to the study of nucleic acids (DNA, RNA and DNA condensation), proteins (protein-protein interactions, protein folding and molecular motors). Finally, I discuss applications of SME to the study of the nonequilibrium thermodynamics of small systems and the experimental verification of fluctuation theorems. I conclude with a discussion of open questions and future perspectives.Comment: Latex, 60 pages, 12 figures, Topical Review for J. Phys. C (Cond. Matt