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El objeto de estudio del presente trabajo es la regulación de la expresión de genes por la luz en plantas. Dos familias de fotorreceptores ya han sido identificadas, los fitocromos que absorben en la región del rojo y rojo lejano del espectro, y los criptocromos que absorben en la región del UV-A-azul. En Arabidopsis thaliana han sido caracterizados cinco fitocromos (phyA, phyB, phyC, phyD y phyE) y dos criptocromos (cry1 y cry2). Me he centrado en la regulación transcripcional del gen Lhcbl*2 como sistema modelo. Deleciones del promotor Lhcbl*2 fueron fusionadas a un gen reportero y empleadas para transformar plantas de tabaco y Arabidopsis via Agrobacterium tumefaciens. La T1 fue utilizada en experimentos fisiológicos y se determinó que al menos cuatro fotorreceptores, phyA, phyB, cryl y al menos otro criptocromo están involucrados en la regulación del gen Lhcbl *2. Es sabido que los fitocromos operan fisiológicamente en tres modos de acción que difieren en los requerimientos de flujo, duración y calidad de luz: el modo VLFR ("very low fluence response"), LFR ("low fluence response") y HIR ("high irradiance response"). Las bases moleculares para esta diferencia no se conocen. phyA es responsable de la VLFR y HIR, mientras que phyB lo es por la LFR. Se ha demostrado que los niveles de ARNm de los genes Lhcb l es regulado por los tres modos de acción de los fitocromos. Como los genes Lhcb l comprenden una familia extensa este resultado podría ser el resultado de muchos genes siendo regulados de forma diferente. En este trabajo demuestro que los tres modos de acción de los fitocromos pueden regular la expresión de un único gen, el Lhcbl*2. Inclusive, 146 bp de este promotor son suficientes para responder a los tres modos de acción mencionados. Usando plantas transgénicas de Arabidopsis thaliana deficientes en phyA o phyB he observado que ambos fotorreceptores están involucrados en la regulación de la expresión del gen Lhcbl*2 y que simultaneamente existen interacciones sinérgicas y antagónicas entre ambos fotorreceptores en la regulación de la expresión del gen mencionado. La interacción depende del modo de acción de phyA (VLFR es antagónica, mientras que la HIR es más sinérgica), mientras que phyB por si solo no puede mostrar el mismo nivel de interacción. Finalmente el análisis de un mayor número de deleciones del promotor Lhcbl*2 indica que diferentes elementos que actuan en cis pueden estar involucrados en la HIR (phyA) comparado con la LFR (phyB) y VLFR (phyA). En conjunto estos datos sugieren fuertemente que los fitocromos A y B controlan la expresión de un único promotor por vías diferentes. En este momento la cadena de transducción de la señal percibida por los fitocromos es desconocida. Inclusive si alguno de los elementos centrales de esta cadena son caracterizados en un futuro cercano, todavía habrá que hacer un considerable esfuerzo para poder entender como estos y otros factores interaccionan bajo diferentes condiciones permitiendo a las plantas responder con precisión a los factores ambientales.

El estudio de las fotocorrientes que se producen al iluminar con luz ultravioleta electrodos de mercurio negativamente polarizados en contacto con soluciones de electrolito proporciona un nuevo método de análisis de los fenómenos de la interfase, de la doble capa eléctrica y de los procesos de transferencia de carga. Este método interesa no solo a los investigadores en el campo de la electroquímica, si no aquellos que estudian las especies transientes y en particular el electrón hidratado, que parece jugar un rol importante en estos procesos por cuanto el método fotoelectroquímico es un nuevo recurso para lograr mayor información acerca de sus propiedades. En este trabajo partiendo de investigaciones de otros autores se han realizado estudios en dos sentidos. El primero procurando perfeccionar el método de medición de las fotocorrientes para lograr mayor sensibilidad y mejor definición de la interfase metal-solución. El segundo trabajando sobre un modelo teórico donde se toma en cuenta el efecto del campo eléctrico, en la doble capa difusa, sobre la difusión de los electrones de origen fotoeléctrico y que acerca dentro de lo posible a una solución cuantitativa del problema. 1) La mayor parte de los investigadores emplea en estas experiencias el método del electrodo gotero de mercurio que obvia en parte las interferencias que derivan de la impurificación de la superficie. En este trabajo se propone un método basado en la utilización de una superficie estática, extensa y renovable de mercurio; se logra así una mejor definición del área de irradiación y, del ángulo de incidencia de la luz. La utilización de la superficie exige grandes precauciones en la preparación de los reactivos que se combinan con la recirculación de la solución sobre carbón activado directamente en la celda de trabajo. 2) Como fuente de iluminación se emplea luz ultravioleta modulada en 100 ciclos/seg y como instrumento de detección un amplificador sintonizado en la frecuencia de modulación cuya salida se registra en un osciloscopio. El método permite medir fotocorrientes muy bajas aún en presencia de efectos farádicos, aunque en el trabajo solo se estudia la zona en que el electrodo de mercurio se comparta como idealmente polarizado. En cuanto a la sensibilidad, se ha revelado adecuado para medir fotocorrientes residuales, pero creemos que aún no se han aprovechado al máximo todas sus ventajas. 3) Las fotocorrientes se determinan por un método indirecto, que consiste en medir la caida de potencial en una resistencia exterior y calcular las fotocorrientes a partir de las caracteristicas del circuito eléctrico equivalente, en condiciones de iluminación, que tiene en cuenta la naturaleza de la doble capa y el mecanismode la fotoemisión. El circuito equivalente que se propone no elimina otras posibilidades, y el análisis de las características de la fotoimpedancia es un problema que se puede encarar en futuros desarrollos. El método exige la determinación de la capacidad de la doble capa, que para capacidades del orden de los 1OO microfaradios con polarización no resulta sencillo. El puente utilizado puede ser mejorado y un trabajo en ese sentido se halla en curso en el laboratorio. 4) Se han efectuado mediciones de fotocorrientes en función del potencial del electrodo en soluciones que contienen ión hidrógeno y ClK como electrolito soporte. Se ha estudiado en particular la influencia de la fuerza iónica sobre la magnitud de las fotocorrientes. Se ha encontrado una relación aproximadamente lineal entre la raíz cuadrada de la fotocorriente y el potencial del electrodo. La precisión de nuestros resultados y de otros autores no permite decidir acerca de si la representación de -0.4-vs.E resulta más adecuada como ha sido propuesto a partir de una teoría del efecto fotoeléctrico en interfase. Para una dada fuerza iónica y carga sobre el electrodo constante, las fotocorrientes varían con la concentración de ión hidrógeno. A bajas concentraciones son proporcionales a la raíz cuadrada de la concentración y a altas concentraciones tienden a la saturación. Para una dada concentración de ión hidrógeno y carga sobre el electrodo constante, las fotocorrientes aumentan con la disminución de la fuerza iónica. 5) Se ha elaborado un modelo teórico suponiendo que el proceso primario que resulta de la irradiación, es la fotoemisión de electrones del metal que luego de termalizarse por intercambio de energía con el medio, se asocian a varias moléculas de agua constituyendo la especie electrón hidratado. Estos electrones reaccionan con el ión hidrógeno o regresan al electrodo; los que desaparecen de la solución dan lugar a las fotocorrientes y su magnitud depende de la competencia entre los dos procesos. El modelo supone régimen estacionario - justificado en baja frecuencia de modulación - y toma en cuenta la difu­sión de los electrones en el campoeléctrico de la doble capa difusa. Las predicciones cuantitativas de este modelo están en aceptable concordancia con los datos experimentales, aunque es previsible que se puedan lograr mayores refinamientos teóricos y mayor precisión en las medidas. Tal vez el resultado más significativo del trabajo es la demostración que el aumento de las fotocorrientes con la disminución de la fuerza iónica del medio se debe probablemente a la influencia de la doble capa difusa sobre la difusión de los electrones en esa zona. 6) Es presumible que el campoeléctrico en la doble capa difusa no sólo afecte la difusión de los electrones sino que influya también en el mecanismo de la emisión. Este aspecto ha sido poco analizado y no conocemos ningún tratamiento cuantitativo del problema. Tal estudio requerirá obtener una relación entre la "bajada" de la barrera de potencial en la superficie del metal y el campo en la doble capa difusa, con consideración de los niveles electrónicos en el metal, la probabilidad de emisión y el efecto tunel. 7) Parece razonable estudiar, si el mecanismo de emisión en interfase metal solución obedece a iguales leyes que la fotoemisión en el vacío, en tal sentido resulta de utilidad analizar la influencia de la polarización de la luz, del ángulo de incidencia además del estudio del umbral fotoeléctrico que ha sido ya encarado en los últimos trabajos sobre el tema. 8) El desarrollo del modelo nos ha mostrado la necesidad de realizar experiencias con tiempo de irradiación muy cortos (en el orden de los nanosegundos) para discriminar los procesos de emisión, reacción y difusión de los electrones hidratados. No sólo la fuente de irradiación es un problema tecnológico complejo, sino también el diseño de las celdas que permitan mediciones eléctricas en ese rango, sin contar que aún no está claro como interviene la capacidad de la doble capa en las características del circuito eléctrico. Existe en laboratorio bastante experiencia como para pensar que, ahora ya resuelto el problema de la producción de los pulsos, podremos encarar el estudio de este importante problema.

El objetivo de esta tesis es el estudio de la interacción de compuestos fotocrómicos con cristales líquidos de bajo peso molecular, encarado desde dos aspectos principales. Por un lado las modificaciones que genera la absorción de luz por parte de la sonda en el entorno ordenado que la roda y por el otro, la influencia de la anisotropia del medio sobre la reacción fotocrómica, especialmente el decaimiento térmico del fotoisómero. Se eligieron dos fases mesogénicas: una fase nemática y una colestérica presentes en un intervalo de temperaturas que incluye temperatura ambiente. La fase nemática se obtiene de una mezcla comercial de cianofenilbiciclohexilos (ZLI1132) y la fase colestérica se prepara por agregado de un inductor quiral (5811) a dicha mezcla. Los compuestos fotocrómicos incluidos en estas mesofases pertenecen a tres familias. Se utilizaron tres azobencenos, dos espirocompuestos (un espiropirano y una espirooxacina) y dos fulgidas, compuestos puramente fotocrómicos. Las dos fulgidas y uno de los azobencenos fueron sintetizados. La sondas se incluyeron en concentraciones de 0.5 a 10% p/p. Todos los azobencenos exhibieron alta afinidad por la fase nemática y la fotoisomerización produjo un marcado descenso en el orden del cristal líquido. Los espirocompuestos presentaron baja afinidad con esta fase. En esta familia, la isomerización produjo un aumento significativo en el orden del medio pero dicho cambio fue menor que el observado para los azobencenos. Las fiilgidas presentaron fotocromismo altamente reproducible en fase nemática, pero ninguno de sus fotoisómeros mostró alta afinidad por la mesofase, por lo que la fotoisomerización no produjo una perturbación medible del orden. Las propiedades de la fase colestérica estuvieron regidas principalmente por el inductor quiral y la fotoisomerización no produjo grandes perturbaciones en esta mesofase. En la ventana de tiempos medidos (hasta algunos milisegundos), la dinámica del sistema estuvo regida por la reacción fotocrómica. El medio se reacomodó instantáneamente a la composición relativa de los isómeros. La cinética de la recuperación térmica del estado inicial presentó un decaimiento monoexponencial en ambas fases, excepto el espiropirano que mostró un decaimiento biexponencial. Los parámetros de activación fueron en general similares en ambas mesofases y en algunos casos presentaron diferencias respecto a su comportamiento en solución. Este hecho se explica por la influencia que ejerce el medio ordenado sobre la reacción, que es tanto energética como entrópica. Palabras clave: fotocromismo, termocromismo, azobencenos, fulgidas, espiropiranos, espirooxacinas, merocianinas, cristales líquidos, nemática, colestérico, birrefringencia, dicroísmo.

El objetivo general del presente trabajo está centrado en el análisis de modelos simples que, sobre la base de un número mínimo de etapas, describan la técnica UV/H₂O₂ y permitan inferir condiciones óptimas de operación . Entre los objetivos específicos encarados podemos mencionar: el estudio de contaminantes de origen industrial y declarados como peligrosos o capaces de inducir daños sobre los seres vivos, que por su naturaleza química puedan servir de sustratos adecuados para validar las hipótesis planteadas. La búsqueda de condiciones de eficiencia máxima en el marco de la técnica UV/H₂O₂. El desarrollo de herramientas de cálculo para resolver sistemas complejos. La metodología desarrollada ha permitido obtener nuevos resultados relacionados con el comportamiento del mismo a otras temperaturas, siendo éste uno de los aspectos más relevantes del presente trabajo.

Los semiconductores nanoestructurados presentan propiedades que dependen de las dimensiones del material. En la actualidad estos materiales se estudian intensivamente debido a su potencial aplicación en dispositivos fotovoltaicos. La optimización de su preparación permite controlar propiedades ópticas y electrónicas que pueden ser útiles en su aplicación en celdas solares mejorando la eficiencia de conversión energética. En este trabajo de tesis, se busca optimizar la síntesis de semiconductores nanoestructurados y optimizar la preparación de materiales híbridos derivados de los anteriores con el objetivoprincipal de mejorar la eficiencia de conversión de celdas solares sensibilizadas con puntos cuánticos.En el capítulo 1 de la introducción de esta tesis se comenta el rol de los materiales semiconductores nanoestructurados que presentan aplicación en dispositivos fotovoltaicos en la actualidad, en un contexto mundial de necesidad de ampliar el aporte de energía solar en la matriz energética. Se discuten aspectos teóricos relativos a las propiedades ópticas y electrónicas de materiales semiconductores y cómo se explotan estas propiedades en el desarrollo de celdas solares de tercera generación. El capítulo 2 de la introducción se encuentra abocado a una descripción y discusión sobre aspectos teóricos y experimentales de las técnicas de caracterización espectroelectroquímicas y fotoelectroquímicas utilizadas en este trabajo de tesis.En la parte de resultados se muestran los procedimientos de síntesis y estudio de distintos materiales semiconductores nanoestructurados. En primer lugar se describen en los capítulos 3 y 4 la síntesis y preparación de óxidos semiconductores base. En el capítulo 3 se muestrala optimización de la preparación de nanovarillas de ZnO. Se exponen los resultados de la caracterización de propiedades fotoelectroquímicas y espectroelectroquímicas dependientes de las dimensiones de las nanovarillas preparadas. En el capítulo 4 se muestran los resultados dela preparación de membranas de nanotubos de TiO2 y distintas aplicaciones estudiadas de este sistema.En el capítulo 7 se muestran los resultados de la sensibilización óptica de nanotubos de TiO2 con distintos nanocristales de CdSe.Por último en el capítulo 8 se muestra la caracterización espectroelectroquímia de nanocristales de calcogenuros de cobre que presentan propiedades ópticas de resonancia de plasmón superficial localizada. En las conclusiones de la tesis se resumen los logros más importantes alcanzados para cada sistema estudiado, y se realiza un breve comentario respecto a los principales desafíos que deben resolverse en el futuro para la aplicación de materiales semiconductores nanoestructurados en dispositivos fotovoltaicos.

Los aromatizantes y saborizantes naturales y artificiales (AyS) son compuestos químicos ampliamente utilizados en la industria de alimentos, cosméticos, medicamentos y otros productos de uso cotidiano. Resulta inevitable que éstos sean expuestos a la radiación solar y a luz ambiente en las diferentes etapas de su producción (elaboración, almacenamiento, distribución o consumo). En este contexto, surge, como una necesidad inmediata, el conocimiento acabado de las potenciales reacciones fotoquímicas que pueden sufrir AyS, sometidos a condiciones lumínicas medioambientales. Si bien la mayoría de los AyS estudiados, son transparentes a la luz solar (típicamente luz visible), las sustancias coloreadas y pigmentos presentes de manera habitual en los productos que los contienen, pueden absorber la luz e inducir procesos fotoquímicos sobre dichos sustratos. En este caso se dice que las transformaciones operadas sobre los mismos se deben a procesos fotosensibilizados; en la naturaleza generalmente incluyen la participación de especies reactivas del oxígeno. En el presente Proyecto se estudiaron aspectos cinéticos y mecanismos fotoquímicos de la potencial degradación por fotoirradiación directa y sensibilizada por colorantes, de AyS de uso frecuente en preparados comerciales. Dichos estudios fueron realizados en agua pura y en solución acuosa de -ciclodextrinas, oligosacáridos cíclicos de amplia utilización en las industrias. Todos los ensayos se realizaron en presencia y ausencia de riboflavina (Rf, vitamina B2), que actúa como fotosensibilizador y se encuentra presente de manera muy frecuente en los productos de consumo masivo, antes mencionados. Debido a que muchos AyS poseen actividad antimicrobiana, se decidió evaluar dicha capacidad sobre una cepa de Cándida albicans aislada de piel humana. Este hongo levaduriforme es flora habitual en el organismo humano y puede, bajo determinadas circunstancias, transformarse en patógeno oportunista. La variedad de patologías que es capaz de generar es amplia, la mayoría de ellas es tratada con antimicóticos tradicionales. La constante generación de resistencia por parte de estos microorganismos a los tratamientos convencionales, resalta la necesidad de una búsqueda de formas alternativas de control. Este conjunto de factores que se combinan en el presente trabajo es ideal para comprobar qué sucede con la capacidad antimicótica de los AyS, tras su fotodegradación. El conocimiento acabado de los aspectos antes mencionados, bajo condición de iluminación natural de cada sustrato, constituye un paso inicial hacia el control, prevención y eventual manejo de deterioros fotodegradativos; los cuales podrían conducir a la pérdida de las propiedades organolépticas deseadas de los AyS y a la generación de productos de sabor desagradable o incluso tóxicos.

Los sistemas compuestos por colorantes en medios restringidos poseen aplicaciones en los ámbitos de la ciencia, la tecnología y la salud. Por otro lado, el estudio de la fotofísica de estos sistemas es relevante para la comprensión de procesos biológicos tales como la fotosíntesis, en los que se requiere un alto grado de ordenamiento por parte de los cromóforos involucrados. Con el fin de incrementar la fracción de luz absorbida por el sistema es necesario utilizar altas concentraciones locales de colorante, lo que puede dar lugar a fenómenos de acoplamiento excitónico y a procesos de transferencia de energía. Por otra parte, la coadsorción de dos o más colorantes que presentan un importante solapamiento espectral puede extender el intervalo de longitudes de onda aprovechables por el sistema, canalizando la energía de excitación hacia un fotosensibilizador de tipo I o de tipo II, que actúe como colorante efector. En este trabajo se estudian sistemas de colorantes adsorbidos sobre celulosa microcristalina o incluidos en zeolitas. Se hace hincapié en el efecto de las interacciones colorante-colorante sobre la distribución espacial de los cromóforos, en la influencia de esta distribución sobre los procesos fotofísicos en los que éstos intervienen y en el efecto del microentorno provisto por el sólido sobre las propiedades fotofísicas de los colorantes. La posible presencia de agregados moleculares, la ocurrencia de procesos de transferencia de energía y la fuerte dispersión de luz por parte del sólido hacen indispensable la utilización de herramientas especiales a tal fin.

La heterogeneidad cumple un rol fundamental en muchos procesos naturales y artificiales inducidos por irradiación ultravioleta y visible. El estudio de la fotofísica y la fotoquímica de colorantes en medios heterogéneos es relevante para la comprensión de los procesos naturales y el desarrollo de nuevos materiales con vastas aplicaciones en el ámbito científico, tecnológico y de la salud. La obtención de materiales fotoactivos capaces de utilizar eficientemente la energía lumínica en una amplia zona del espectro electromagnético requiere el empleo de altas concentraciones de colorante. Ello garantiza la absorción de una fracción importante de la radiación incidente y posibilita el diseño de sistemas antena-receptor para canalizar convenientemente la energía de excitación. En estas condiciones, se verifican fenómenos tales como el acoplamiento excitónico y la transferencia y el atrapamiento de la energía de excitación. La ocurrencia de estos fenómenos, sumados a la dispersión de luz en sistemas opacos constituidos en general por microparticulas o agregados de nanoparticulas, hace que la caracterización fotofísica de dichos materiales requiera contar con herramientas analíticas especiales. En este trabajo se caracterizan los procesos fotofísicos que tienen lugar en sistemas de colorantes distribuidos al azar en sólidos particulados, utilizando micropartículas de celulosa como soporte modelo, y el efecto de las interacciones moleculares sobre sus propiedades fotofísicas, a fin de obtener criterios para el diseño de materiales fotoactivos eficientes. Se hace énfasis en los procesos fotofísicos originados en el estado singlete del colorante, en especial la transferencia de energía singlete-singlete, en sistemas altamente concentrados de un único colorante y en sistemas conformados por dos colorantes que presentan un importante solapamiento espectral (sistemas donor-aceptor). A tal fin debieron desarrollarse métodos y modelos originales, sobre los cuales existen escasos antecedentes en la literatura.

Los fenómenos fotofísicos y fotoquímicos son la base irrefutable para la supervivencia de los organismos en nuestro planeta siendo la fotosíntesis el ejemplo biológico por excelencia, gracias a su eficiencia en la conversión de energía solar en energía química y siendo el principal enlace entre el sol y las necesidades energéticas del mundo viviente. Pero el papel vital que juega la luz en las ciencias biológicas y de materiales no necesita mayor énfasis ya que el valor de la energía solar nunca había sido más evidente para el hombre que en los tiempos actuales. Partiendo de lo anterior, se ha visto en las últimas décadas la gran atención enfocada sobre la fotosíntesis artificial, cuyo principal objetivo es sintetizar complejos que sigan los principios de la naturaleza para poder ser explotados en sus propiedades para un sinfín de aplicaciones; sobresaliendo entre ellas la producción de energía idealmente iniciada desde fuentes renovables y procesos sostenibles. Y es que este camino no ha sido corto, pues remitiéndonos unos siglos atrás, Scheele, en 1777, y hasta ahora considerado descubridor de los efectos de la luz en sustancias puras, observa el oscurecimiento de los haluros de plata con la luz del sol, Trommsdorff en 1834, por el lado de la química orgánica, describe la primera reacción fotoquímica observada de la santonina, cuyo color cambia por efecto de la luz. Aún así, a finales del siglo XIX los estudios fotoquímicos todavía ocupaban solo una discreta parte en el desarrollo de la química; solo se conocía un número limitado de reacciones y la única fuente de luz empleada era el sol. Podría decirse que la teoría de la fotoquímica no empieza sino hasta 1900 con la ley de Planck. A partir de esto, las contribuciones relevantes a los fundamentos teóricos por parte de Einstein, Lewis, Stern, Volmer, Franck, Condon, Jablonski, Hammond, Woodward y Hoffmann han permitido importantes avances, revolucionando el conocimiento científico e impulsando nuestra comprensión sobre diferentes fenómenos a nivel atómico, subatómico y molecular. Así, la meta actual no radica solamente en descubrir nuevas reacciones fotoquímicas, sino también en el estudio de los mecanismos y procesos que intervienen en estas, apoyándose también, en muchos casos, en la química computacional. Dentro de este contexto, el reciente interés por la fotofísica y la fotoquímica de moléculas con estados electrónicos excitados de vida relativamente larga se ha acentuado gracias a avances en diferentes campos de la ciencia como el desarrollo de dispositivos lógicos moleculares, solo por mencionar alguno. Estas moléculas fotoquímicamente estables podrían actuar como fotosensibilizadores o donores/aceptores de energía electrónica cuando sean incorporados a sistemas poliméricos o supramoleculares. El valor potencial de incorporar estas especies en dispositivos moleculares asciende a medida que incrementa su estabilidad y tiempos de vida del estado excitado. De esta manera, desde hace unas tres décadas se viene dedicando gran esfuerzo en el estudio de los complejos tricarbonílicos de renio(I) diimina, debido en gran parte a que son complejos químicamente muy robustos y de sínstesis relativamente sencilla. El comportamiento fotofísico de los mismos es excepcionalmente diverso y muy dependiente de la naturaleza de sus estados excitados de menor energía, debido a que las características de estos pueden ser fácilmente modificadas por variación de grupos sustituyentes tanto en los ligandos diimina como en ligandos auxiliares. Por todo lo anteriormente expuesto, estos complejos pueden ser usados fácilmente como fotosensibilizadores. Esta tesis pretende hacer un aporte en esta área de la química y, precisamente, en los procesos relacionados con especies supramoleculares donde los complejos tricarbonílicos de renio(I) son protagonistas, para lo cual es importante entender en primera instancia las propiedades fundamentales de los diferentes componentes de la especie supramolecular. Es por esto que se traerán a colación conceptos de la química de coordinación y de los diferentes caminos fotofísicos presentes en complejos de metales de transición como soporte para dilucidar las propiedades de los complejos de renio evaluados y su interacción con proteínas de transporte.