N-H center dot center dot center dot pi hydrogen-bonding and large-amplitude tipping vibrations in jet-cooled pyrrole-benzene

The N-H center dot center dot center dot pi hydrogen bond is an important intermolecular interaction in many biological systems. We have investigated the infrared (IR) and ultraviolet (UV) spectra of the supersonic-jet cooled complex of pyrrole with benzene and benzene-d(6) (Pyr center dot Bz, Pyr center dot Bz-d(6)). DFT-D density functional, SCS-MP2 and SCS-CC2 calculations predict a T-shaped and (almost) C(s) symmetric structure with an N-H center dot center dot center dot pi hydrogen bond to the benzene ring. The pyrrole is tipped by omega(S(0)) = +/- 13 degrees relative to the surface normal of Bz. The N center dot center dot center dot ring distance is 3.13 angstrom. In the S(1) excited state, SCS-CC2 calculations predict an increased tipping angle omega(S(1)) = +/- 21 degrees. The IR depletion spectra support the T-shaped geometry: The NH stretch is redshifted by -59 cm(-1), relative to the "free" NH stretch of pyrrole at 3531 cm(-1), indicating a moderately strong N-H center dot center dot center dot pi interaction. The interaction is weaker than in the (Pyr)(2) dimer, where the NH donor shift is -87 cm(-1) [Dauster et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 2008, 10, 2827]. The IR C-H stretch frequencies and intensities of the Bz subunit are very similar to those of the acceptor in the (Bz)(2) dimer, confirming that Bz acts as the acceptor. While the S(1) <- S(0) electronic origin of Bz is forbidden and is not observable in the gas-phase, the UV spectrum of Pyr center dot Bz in the same region exhibits a weak 0(0)(0) band that is red-shifted by 58 cm(-1) relative to that of Bz (38 086 cm(-1)). The origin appears due to symmetry-breaking of the p-electron system of Bz by the asymmetric pyrrole NH center dot center dot center dot pi hydrogen bond. This contrasts with (Bz)(2), which does not exhibit a 0(0)(0) band. The Bz moiety in Pyr center dot Bz exhibits a 6a(0)(1) band at 0(0)(0) + 518 cm(-1) that is about 20x more intense than the origin band. The symmetry breaking by the NH center dot center dot center dot pi hydrogen bond splits the degeneracy of the v(6)(e(2g)) vibration, giving rise to 6a' and 6b' sub-bands that are spaced by similar to 6 cm(-1). Both the 0(0)(0) and 6(0)(1) bands of Pyr center dot Bz carry a progression in the low-frequency (10 cm(-1)) excited-state tipping vibration omega', in agreement with the change of the omega tipping angle predicted by SCS-MP2 and SCS-CC2 calculations.

Structural analysis of B-Box 2 from MuRF1: identification of a novel self-association pattern in a RING-like fold

The B-box motif is the defining feature of the TRIM family of proteins, characterized by a RING finger-B-box-coiled coil tripartite fold. We have elucidated the crystal structure of B-box 2 (B2) from MuRF1, a TRIM protein that supports a wide variety of protein interactions in the sarcomere and regulates the trophic state of striated muscle tissue. MuRF1 B2 coordinates two zinc ions through a cross-brace alpha/beta-topology typical of members of the RING finger superfamily. However, it self-associates into dimers with high affinity. The dimerization pattern is mediated by the helical component of this fold and is unique among RING-like folds. This B2 reveals a long shallow groove that encircles the C-terminal metal binding site ZnII and appears as the defining protein-protein interaction feature of this domain. A cluster of conserved hydrophobic residues in this groove and, in particular, a highly conserved aromatic residue (Y133 in MuRF1 B2) is likely to be central to this role. We expect these findings to aid the future exploration of the cellular function and therapeutic potential of MuRF1.

Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

Modeling the Histidine–Phenylalanine Interaction: The NH···π Hydrogen Bond of Imidazole·Benzene

NH···π hydrogen bonds occur frequently between the amino acid side groups in proteins and peptides. Data-mining studies of protein crystals find that ~80% of the T-shaped histidine···aromatic contacts are CH···π, and only ~20% are NH···π interactions. We investigated the infrared (IR) and ultraviolet (UV) spectra of the supersonic-jet-cooled imidazole·benzene (Im·Bz) complex as a model for the NH···π interaction between histidine and phenylalanine. Ground- and excited-state dispersion-corrected density functional calculations and correlated methods (SCS-MP2 and SCS-CC2) predict that Im·Bz has a Cs-symmetric T-shaped minimum-energy structure with an NH···π hydrogen bond to the Bz ring; the NH bond is tilted 12° away from the Bz C₆ axis. IR depletion spectra support the T-shaped geometry: The NH stretch vibrational fundamental is red shifted by −73 cm⁻¹ relative to that of bare imidazole at 3518 cm⁻¹, indicating a moderately strong NH···π interaction. While the Sₒ(A1g) → S₁(B₂u) origin of benzene at 38 086 cm⁻¹ is forbidden in the gas phase, Im·Bz exhibits a moderately intense Sₒ → S₁ origin, which appears via the D₆h → Cs symmetry lowering of Bz by its interaction with imidazole. The NH···π ground-state hydrogen bond is strong, De=22.7 kJ/mol (1899 cm⁻¹). The combination of gas-phase UV and IR spectra confirms the theoretical predictions that the optimum Im·Bz geometry is T shaped and NH···π hydrogen bonded. We find no experimental evidence for a CH···π hydrogen-bonded ground-state isomer of Im·Bz. The optimum NH···π geometry of the Im·Bz complex is very different from the majority of the histidine·aromatic contact geometries found in protein database analyses, implying that the CH···π contacts observed in these searches do not arise from favorable binding interactions but merely from protein side-chain folding and crystal-packing constraints. The UV and IR spectra of the imidazole·(benzene)₂ cluster are observed via fragmentation into the Im·Bz+ mass channel. The spectra of Im·Bz and Im·Bz₂ are cleanly separable by IR hole burning. The UV spectrum of Im·Bz₂ exhibits two 000 bands corresponding to the Sₒ → S₁ excitations of the two inequivalent benzenes, which are symmetrically shifted by −86/+88 cm⁻¹ relative to the 000 band of benzene.