Effects of Micelles and Vesicles on the Oximolysis of p-Nitrophenyl Diphenyl Phosphate: A Model System for Surfactant-Based Skin-defensive Formulations against Organophosphates

The rates of oximolysis of p-nitrophenyl diphenyl phosphate (PNPDPP) by Acetophenoxime; 10-phenyl-10-hydi-oxyiminodecanoic acid; 4-(9-carboxynonanyl)-1-(9-carboxy-1-hydroyiminononanyl) benzene; 1-dodecyl-2-[(hydroxyimino)methyl]-pyridinium chloride (IV) and N-methylpyridinium-2-aldoxime chloride were determined in micelles of N-hexadecyl-N,N,N-trimethylammonium chloride (CTAC), N-hexadecyl-N,N-dimethylammonium propanesulfonate and dioctadecyldimethylammonium chloride (DODAC) vesicles. The effects of CTAC micelles and DODAC vesicles on the rates of oxymolysis of O,O-Diethyl O-(4-nitrophenyl) phosphate (paraoxon) by oxime IV were also determined. Analysis of micellar and vesicular effects on oximolysis of PNPDPP, using pseudophase or pseudophase with explicit consideration of ion exchange models, required the determination of the aggregate`s effects on the pK(a), of oximes and on the rates of PNPDPP hydrolysis. All aggregates increased the rate of oximolysis of PNPDPP and the results were analyzed quantitatively. In particular, DODAC vesicles catalyzed the reaction and increased the rate of oximolysis of PNPDPP by IV several million fold at pH`s compatible with pharmaceutical formulations. The rate increase produced by DODAC vesicles on the rate of oximolysis paraoxon by IV demonstrates the pharmaceutical potential of this system, since the substrate is used as an agricultural defensive agent and the surfactant is extensively employed in cosmetic formulations. (C) 2008 Wiley-Liss, Inc. and the American Pharmacists Association J Pharm Sci 98:1040-1052, 2009

2-Bromo-2-methyl-N-(4-nitrophenyl)propanamide

The title compound, C(10)H(11)BrN(2)O(3), exhibits a small twist between the amide residue and benzene ring [the C-N-C-C torsion angle = 12.7 (4)degrees]. The crystal structure is stabilized by weak N-H center dot center dot center dot O, C-H center dot center dot center dot Br and C-H center dot center dot center dot O interactions. These lead to supramolecular layers in the bc plane.

Suicide nucleophilic attack: Reactions of benzohydroxamate anion with bis(2,4-dinitrophenyl) phosphate

(Chemical Equation Presented) The reaction between the benzohydroxamate anion (BHO-) and bis(2,4-dinitrophenyl)phosphate (BDNPP) has been examined kinetically, and the products were characterized by mass and NMR spectroscopy. The nucleophilic attack of BHO- follows two reaction paths: (i) at phosphorus, giving an unstable intermediate that undergoes a Lossen rearrangement to phenyl isocyanate, aniline, diphenylurea, and O-phenylcarbamyl benzohydroxamate; and (ii) on the aromatic carbon, giving an intermediate that was detected but slowly decomposes to aniline and 2,4-dinitrophenol. Thus, the benzohydroxamate anion can be considered a self-destructive molecular scissor since it reacts and loses its nucleophilic ability. © 2009 American Chemical Society.

The mechanism of dephosphorylation of bis(2,4-dinitrophenyl) phosphate in mixed micelles of cationic surfactants and lauryl hydroxamic acid

(Figure Presented) Mixed micelles of cetyltrimethylammonium bromide (CTABr) or dodecyltrimethylammonium bromide (DTABr) and the α-nucleophile, lauryl hydroxamic acid (LHA) accelerate dephosphorylation of bis(2,4-dinitrophenyl) phosphate (BDNPP) over the pH range 4-10. With a 0.1 mole fraction of LHA in DTABr or CTABr, dephosphorylation of BDNPP is approximately 10 4-fold faster than its spontaneous hydrolysis, and monoanionic LHA - is the reactive species. The results are consistent with a mechanism involving concurrent nucleophilic attack by hydroxamate ion (i) on the aromatic carbon, giving an intermediate that decomposes to undecylamine and 2,4-dinitrophenol, and (ii) at phosphorus, giving an unstable intermediate that undergoes a Lossen rearrangement yielding a series of derivatives including N,N-dialkylurea, undecylamine, undecyl isocyanate, and carbamyl hydroxamate. © 2009 American Chemical Society.

Kinetics and product distribution of p-nitrophenyl phosphate dianion solvolysis in ternary DMSO/alcohol/water mixtures are compatible with metaphosphate formation

The rate of solvolysis of p-nitrophenyl phosphate (PNPP) dianion in DMSO/water strongly decreases by increasing water concentration. Addition of linear alcohols (methanol, propanol, butanol, pentanol, and hexanol) at constant DMSO/water molar ratio produced an even sharper rate decrease. Alkyl phosphate formation, resulting from PNPP solvolysis in ternary DMSO/water/alcohol mixtures, increased with alcohol concentration and was essentially temperature independent. Methanol and hexanol were the poorest nucleophiles under all conditions. Activation energies and enthalpies for solvolysis in ternary mixtures were similar and entropies varied with alcohol concentration. Taken together these results can be best interpreted in terms of a dissociative mechanism with the intervention of metaphosphate. Copyright (C) 2011 John Wiley & Sons, Ltd.

5-(1-(4-phenyl)-3-(4-nitrophenyl)triazene)-10,15,20-triphenylporphyrin: a new triazene-porphyrin dye and its spectroelectrochemical properties

The new triazene-porphyrin dye 5-(1-(4-phenyl)-3-(4-nitrophenyl)triazene)-10,15,20-triphenylporphyrin, encompassing a reactive protonated triazene moiety, was prepared starting from meso-tetraphenylporphyrin (H2TPP), first converting it to the 5-(4-nitrophenyl)-10,15,20-triphenylporphyrin, then reducing to the 5-(4-aminophenyl)-10,15,20-tri(phenyl) porphyrin intermediate, and reacting with the diazonium salt of 4-nitroaniline; and characterized by spectroscopic and electrochemical methods. The absorption spectrum of the neutral species resembled the sum of H2TPP and of 1,3-bis(4-nitrophenyl) triazene spectrum, but the deprotonated anionic species showed more delocalized frontier orbitals, behaving as a push-pull system exhibiting triazenide-to-porphyrin charge-transfer transitions.

Purification and Biochemical Characterization of Thermostable Alkaline Phosphatases Produced by Rhizopus microsporus var. rhizopodiformis

The biochemical properties of the alkaline phosphatases (AIPs) produced by Rhizopus micro-sporus are described. High enzymic levels were produced within 1-2 d in agitated cultures with 1% wheat bran. Intra- and extracellular AlPs were purified 5.0 and 9.3x, respectively, by DEAE-cellulose and ConA-sepharose chromatography. Molar mass of 118 and 120 kDa was estimated by gel filtration for both forms of phosphatases. SDS-PAGE indicated dimeric structures of 57 kDa for both forms. Mn(2+), Na(+) and Mg(2+) Stimulated the activity, while Al(3+) and Zn(2+) activated only the extracellular form. Optimum temperature and pH for both phosphatases were 65 degrees C and pH 8.0, respectively. The enzymes were stable at 50 degrees C for at least 15 min. Hydrolysis of 4-nitrophenyl phosphate exhibited a K(m) 0.28 and 0.22 mmol/L, with upsilon(lim) 5.89 and 4.84 U/mg, for intra- and extracellular phosphatases, respectively. The properties of the reported AlPs may be suitable for biotechnological application.

Insights into human carboxylesterase 2 stability and activity in vivo and in vitro

Dissertation to obtain a Master Degree in Biotechnology

Biochemical analysis of the phosphatase domain of the human soluble epoxide hydrolase (sEH)

Die lösliche Epoxidhydrolase (sEH) gehört zur Familie der Epoxidhydrolase-Enzyme. Die Rolle der sEH besteht klassischerweise in der Detoxifikation, durch Umwandlung potenziell schädlicher Epoxide in deren unschädliche Diol-Form. Hauptsächlich setzt die sEH endogene, der Arachidonsäure verwandte Signalmoleküle, wie beispielsweise die Epoxyeicosatrienoic acid, zu den entsprechenden Diolen um. Daher könnte die sEH als ein Zielenzym in der Therapie von Bluthochdruck und Entzündungen sowie diverser anderer Erkrankungen eingesetzt werden. rnDie sEH ist ein Homodimer, in dem jede Untereinheit aus zwei Domänen aufgebaut ist. Das katalytische Zentrum der Epoxidhydrolaseaktivität befindet sich in der 35 kD großen C-terminalen Domäne. Dieser Bereich der sEH s wurde bereits im Detail untersucht und nahezu alle katalytischen Eigenschaften des Enzyms sowie deren dazugehörige Funktionen sind in Zusammenhang mit dieser Domäne bekannt. Im Gegensatz dazu ist über die 25 kD große N-terminale Domäne wenig bekannt. Die N-terminale Domäne der sEH wird zur Haloacid Dehalogenase (HAD) Superfamilie von Hydrolasen gezählt, jedoch war die Funktion dieses N-terminal Domäne lange ungeklärt. Wir haben in unserer Arbeitsgruppe zum ersten Mal zeigen können, dass die sEH in Säugern ein bifunktionelles Enzym ist, welches zusätzlich zur allgemein bekannten Enzymaktivität im C-terminalen Bereich eine weitere enzymatische Funktion mit Mg2+-abhängiger Phosphataseaktivität in der N-terminalen Domäne aufweist. Aufgrund der Homologie der N-terminalen Domäne mit anderen Enzymen der HAD Familie wird für die Ausübung der Phosphatasefunktion (Dephosphorylierung) eine Reaktion in zwei Schritten angenommen.rnUm den katalytischen Mechanismus der Dephosphorylierung weiter aufzuklären, wurden biochemische Analysen der humanen sEH Phosphatase durch Generierung von Mutationen im aktiven Zentrum mittels ortsspezifischer Mutagenese durchgeführt. Hiermit sollten die an der katalytischen Aktivität beteiligten Aminosäurereste im aktiven Zentrum identifiziert und deren Rolle bei der Dephosphorylierung spezifiziert werden. rnrnAuf Basis der strukturellen und möglichen funktionellen Ähnlichkeiten der sEH und anderen Mitgliedern der HAD Superfamilie wurden Aminosäuren (konservierte und teilweise konservierte Aminosäuren) im aktiven Zentrum der sEH Phosphatase-Domäne als Kandidaten ausgewählt.rnVon den Phosphatase-Domäne bildenden Aminosäuren wurden acht ausgewählt (Asp9 (D9), Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124), Lys160 (K160), Asp184 (D184), Asp185 (D185), Asn189 (N189)), die mittels ortsspezifischer Mutagenese durch nicht funktionelle Aminosäuren ausgetauscht werden sollten. Dazu wurde jede der ausgewählten Aminosäuren durch mindestens zwei alternative Aminosäuren ersetzt: entweder durch Alanin oder durch eine Aminosäure ähnlich der im Wildtyp-Enzym. Insgesamt wurden 18 verschiedene rekombinante Klone generiert, die für eine mutante sEH Phosphatase Domäne kodieren, in dem lediglich eine Aminosäure gegenüber dem Wildtyp-Enzym ersetzt wurde. Die 18 Mutanten sowie das Wildtyp (Sequenz der N-terminalen Domäne ohne Mutation) wurden in einem Expressionsvektor in E.coli kloniert und die Nukleotidsequenz durch Restriktionsverdau sowie Sequenzierung bestätigt. Die so generierte N-terminale Domäne der sEH (25kD Untereinheit) wurde dann mittels Metallaffinitätschromatographie erfolgreich aufgereinigt und auf Phosphataseaktivität gegenüber des allgemeinen Substrats 4-Nitophenylphosphat getestet. Diejenigen Mutanten, die Phosphataseaktivität zeigten, wurden anschließend kinetischen Tests unterzogen. Basiered auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen wurden kinetische Parameter mittels vier gut etablierter Methoden berechnet und die Ergebnisse mit der „direct linear blot“ Methode interpretiert. rnDie Ergebnisse zeigten, dass die meisten der 18 generierten Mutanten inaktiv waren oder einen Großteil der Enzymaktivität (Vmax) gegenüber dem Wildtyp verloren (WT: Vmax=77.34 nmol-1 mg-1 min). Dieser Verlust an Enzymaktivität ließ sich nicht durch einen Verlust an struktureller Integrität erklären, da der Wildtyp und die mutanten Proteine in der Chromatographie das gleiche Verhalten zeigten. Alle Aminosäureaustausche Asp9 (D9), Lys160 (K160), Asp184 (D184) und Asn189 (N189) führten zum kompletten Verlust der Phosphataseaktivität, was auf deren katalytische Funktion im N-terminalen Bereich der sEH hindeutet. Bei einem Teil der Aminosäureaustausche die für Asp11 (D11), Thr123 (T123), Asn124 (N124) und Asn185 (D185) durchgeführt wurden, kam es, verglichen mit dem Wildtyp, zu einer starken Reduktion der Phosphataseaktivität, die aber dennoch für die einzelnen Proteinmutanten in unterschiedlichem Ausmaß zu messen war (2 -10% and 40% of the WT enzyme activity). Zudem zeigten die Mutanten dieser Gruppe veränderte kinetische Eigenschaften (Vmax allein oder Vmax und Km). Dabei war die kinetische Analyse des Mutanten Asp11  Asn aufgrund der nur bei dieser Mutanten detektierbaren starken Vmax Reduktion (8.1 nmol-1 mg-1 min) und einer signifikanten Reduktion der Km (Asp11: Km=0.54 mM, WT: Km=1.3 mM), von besonderem Interesse und impliziert eine Rolle von Asp11 (D11) im zweiten Schritt der Hydrolyse des katalytischen Zyklus.rnZusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass alle in dieser Arbeit untersuchten Aminosäuren für die Phosphataseaktivität der sEH nötig sind und das aktive Zentrum der sEH Phosphatase im N-terminalen Bereich des Enzyms bilden. Weiterhin tragen diese Ergebnisse zur Aufklärung der potenziellen Rolle der untersuchten Aminosäuren bei und unterstützen die Hypothese, dass die Dephosphorylierungsreaktion in zwei Schritten abläuft. Somit ist ein kombinierter Reaktionsmechanismus, ähnlich denen anderer Enzyme der HAD Familie, für die Ausübung der Dephosphorylierungsfunktion denkbar. Diese Annahme wird gestützt durch die 3D-Struktur der N-terminalen Domäne, den Ergebnissen dieser Arbeit sowie Resultaten weiterer biochemischer Analysen. Der zweistufige Mechanismus der Dephosphorylierung beinhaltet einen nukleophilen Angriff des Substratphosphors durch das Nukleophil Asp9 (D9) des aktiven Zentrums unter Bildung eines Acylphosphat-Enzym-Zwischenprodukts, gefolgt von der anschließenden Freisetzung des dephosphorylierten Substrats. Im zweiten Schritt erfolgt die Hydrolyse des Enzym-Phosphat-Zwischenprodukts unterstützt durch Asp11 (D11), und die Freisetzung der Phosphatgruppe findet statt. Die anderen untersuchten Aminosäuren sind an der Bindung von Mg 2+ und/oder Substrat beteiligt. rnMit Hilfe dieser Arbeit konnte der katalytischen Mechanismus der sEH Phosphatase weiter aufgeklärt werden und wichtige noch zu untersuchende Fragestellungen, wie die physiologische Rolle der sEH Phosphatase, deren endogene physiologische Substrate und der genaue Funktionsmechanismus als bifunktionelles Enzym (die Kommunikation der zwei katalytischen Einheiten des Enzyms) wurden aufgezeigt und diskutiert.rn

Evaluation of an enzyme-linked immunosorbent assay to detect antibodies against Anaplasma marginale

A rapid indirect enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was developed for measuring antibodies against Anaplasma marginale using a partially soluble antigen prepared from semi-purified initial bodies from erythrocytes with 80.0% of rickettsiaemia. This technique utilized alkaline phosphatase and p-nitrophenyl phosphate as reaction indicators. The high sensitivity (100.0%) was confirmed with sera from 100 calves experimentally-infected with A. marginale. All of these animals showed seroconversion before or at the same time of the first rickettsiaemia or even when it was not detected. Also the elevated specificity (94.0%) was confirmed by the low percentage of cross-reactions with sera from animals experimentally-infected with Babesia bigemina and Babesia bovis (1.4 and 6.6%, respectively). Performances of ELISA and indirect fluorescent antibody test (IFAT) with 324 sera from enzootically stable area did not show statistical difference (P>0.05), since the former showed 96.9% and the latter 97.2% of positive reactions. The advantage of this ELISA is a shorter execution time than others developed until now, allowing more samples to be analyzed.

Bichromophoric behavior of nitrophenyl-triazene anions: a resonance Raman spectroscopy investigation

Highly delocalized molecular frameworks with intense charge transfer transitions, known as push-pull systems, are of central interest in many areas of chemistry, as is the case of nitrophenyl-triazene derivatives. The 1,3-bis(2-nitrophenyl)triazene and 1,3-bis(4-nitrophenyl)triazene were investigated by electronic (UV-Vis) and resonance Raman (RR) spectroscopies. The bichromophoric behavior of 1,3-bis(4-nitrophenyl)triazene anion opens the possibility of tuning with visible radiation, two distinct electronic states. The RR profiles of nitrophenyl-triazene derivatives clearly show that the first allowed electronic state can be assigned to a charge transfer from the ring pi system to the NO2 moiety (ca 520 nm), while the second, as a charge transfer from N-3(-) to the aromatic ring (ca 390 nm). In the para-substituted derivative, a more efficient electron transfer and a greater energy separation between the two excited states are observed. Copyright (C) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

Construction of an alkaline phosphatase-liposome system: a tool for biomineralization study

Alkaline phosphatase is required for the mineralization of bone and cartilage. This enzyme is localized in the matrix vesicle, which plays a role key in calcifying cartilage. In this paper. we standardize a method for construction an alkaline phosphatase liposome system to mimic matrix vesicles and examine a some kinetic behavior of the incorporated enzyme. Polidocanol-solubilized alkaline phosphatase, free of detergent, was incorporated into liposomes constituted from dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC), dilaurilphosphatidylcholine (DLPC) or dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC). This process was time-dependent and >95% of the enzyme was incorporated into the liposome after 4 h of incubation at 25 degreesC. Although, incorporation was more rapid when vesicles constituted from DPPC were used, the incorporation was more efficient using vesicles constituted from DMPC. The 395 nm diameter of the alkaline phosphatase-liposome system was relatively homogeneous and more stable when stored at 4 degreesC.Alkaline phosphatase was completely released from liposome system only using purified phosphatidylinositol-specific phospholipase C (PIPLC). These experiments confirm that the interaction between alkaline phosphatase and lipid bilayer of liposome is via GPI anchor of the enzyme, alone. An important point shown is that an enzyme bound to liposome does not lose the ability to hydrolyze ATP, pyrophosphate and p-nitrophenyl phosphate (PNPP), but a liposome environment affects its kinetic properties, specifically for pyrophosphate.The standardization of such system allows the study of the effect of phospholipids and the enzyme in in vitro and in vivo mineralization, since it reproduces many essential features of the matrix vesicle. (C) 2002 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

OSSEOUS PLATE ALKALINE-PHOSPHATASE IS ANCHORED BY GPI

Alkaline phosphatase activity was released up to 100% from the membrane by using 0.1 U of phosphatidylinositol-specific phospholipase C from B. thuringiensis. The Mr of solubilized enzyme was 145,000 by Sephacryl S-300 gel filtration and 66,000 by SDS-PAGE, suggesting a dimeric structure. Solubilization of the membrane-bound enzyme with phospholipase C did not destroy its ability to hydrolyze p-nitrophenyl phosphate (PNPP) (264.3 mu mol min(-1) mg(-1)), ATP (42.0 mu mol min(-1) mg(-1)) and pyrophosphate (28.4 mu mol min(-1) mg(-1)). The hydrolysis of ATP and PNPP by solubilized enzyme exhibited ''Michaelian'' kinetics with K-0.5 = 70 and 979 mu M, respectively. For pyrophosphate, K-0.5 was 128 mu M and site-site interactions were observed (n = 1.4). Magnesium ions were stimulatory (K-d = 1.5 mM) but zinc ions were powerful non-competitive inhibitors (K-d = 6.2 mu M) of solubilized enzyme. Treatment of solubilized alkaline phosphatase with Chellex 100 reduced the original PNPPase activity to 5%. Cobalt (K-0.5 = 10.1 mu M), magnesium (K-0.5 = 29.5 mu M) and manganese ions (K-0.5 = 5 mu M) restored the activity of the apoenzyme with positive cooperativity, suggesting that phosphatidylinositol-specific phospholipase C-solubilized alkaline phosphatase is a metalloenzyme. The stimulation of the apoenzyme by calcium ions (K-0.5 = 653 mu M) was lower than that observed for the other ions (26%) and exhibited site-site interactions (n = 0.7). Zinc ions had no effect on the apoenzyme of the solubilized enzyme.