980 resultados para catalysis and electrocatalysis
Resumo:
A new series of chiral ferrosalen ligands was designed and synthesized. The special feature of the ferrosalen ligands is that the chirality originated from the planar chiral ferrocenyl structure. For most known salen ligands, chirality comes from central and axial chiral centers. The key building block for the construction of these ferrosalen ligands was synthesized stereoselectively by a chiral auxiliary approach. This approach does not consume any chiral material, and does not require chiral HPLC resolution. Using this method, nine ligands were prepared using ferrocene as the starting material. In addition, the steric hindrance was modulated by changing the cyclopentadienyl group to the more bulky pentamethylcyclopentadienyl- and pentaphenylcyclopentadienyl- groups. The structure of these ligands was established by 1H and 13C NMR. The structure of a ferrosalen-Cu (II) complex was determined by single crystal X-ray diffraction analysis. All the chiral ferrosalen ligands were tested in catalytic asymmetric reactions including enantioselective carbonyl-ene reaction, enantioselective Strecker-type reaction and enantioselective silylcyanation. For the carbonyl-ene reaction, up to 99% yield and 29% enantiomeric excess (ee) were obtained using ligand-Co (III) as the catalysts; For the Strecker-type reaction, a maximum of 20% ee was obtained using ligand-AlCl as the catalyst; For the silylcyanation reaction, up to 99% yield and 26% ee were obtained using ligand-AlCl as the catalyst.
Resumo:
CONTENTS. 1. Did life begin with catalytic RNA?–2. Self-splicing and self-cleaving RNAs–2.1 Self-splicing of group I introns – 2.2 Self-splicing of group II introns – 2.3 Self-cleaving RNAs–3. Splicing mediated by trans-acting factors–3.1 Group III introns – 3.2 Splicing of nuclear pre-mRNAs – 3.3 Trans-splicing – 3.4 Is nuclear pre-mRNA splicing evolutionarily related to group I and group II self-splicing?– 3.5 Non-RNA mediated splicing of tRNAs–4. Processing of ribosomal precursor RNAs–5. Processing of pre-mRNA 3′ ends–5.1 Polyadenylation – 5.2 Histone pre-mRNA 3′ processing–6. Other RNPs involved in metabolic mechanisms–6.1 5′ end processing of pre-tRNAs by RNase P – 6.2 The signal recognition particle – 6.3 Telomerase – 6.4 RNA editing in trypanosomatid mitochondria–7. Why RNA?
Resumo:
In a previous examination using natural all-RNA substrates that contained either a 5′-oxy or 5′-thio leaving group at the cleavage site, we demonstrated that (i) the attack by the 2′-oxygen at C17 on the phosphorus atom is the rate-limiting step only for the substrate that contains a 5′-thio group (R11S) and (ii) the departure of the 5′ leaving group is the rate-limiting step for the natural all-RNA substrate (R11O) in both nonenzymatic and hammerhead ribozyme-catalyzed reactions; the energy diagrams for these reactions were provided in our previous publication. In this report we found that the rate of cleavage of R11O by a hammerhead ribozyme was enhanced 14-fold when Mg2+ ions were replaced by Mn2+ ions, whereas the rate of cleavage of R11S was enhanced only 2.2-fold when Mg2+ ions were replaced by Mn2+ ions. This result appears to be exactly the opposite of that predicted from the direct coordination of the metal ion with the leaving 5′-oxygen, because a switch in metal ion specificity was not observed with the 5′-thio substrate. However, our quantitative analyses based on the previously provided energy diagram indicate that this result is in accord with the double-metal-ion mechanism of catalysis.
Resumo:
The Old Yellow Enzyme has been shown to catalyze efficiently the NADPH-linked reduction of nitro-olefins. The reduction of the nitro-olefin proceeds in a stepwise fashion, with formation of a nitronate intermediate that is freely dissociable from the enzyme. The first step involves hydride transfer from the enzyme-reduced flavin to carbon 2 of the nitro-olefin. The protonation of the nitronate at carbon 1 to form the final nitroalkane product also is catalyzed by the enzyme and involves Tyr-196 as an active site acid/base. This residue also is involved in aci-nitro tautomerization of nitroalkanes, the first example of a nonredox reaction catalyzed by the enzyme.
Resumo:
Chorismate mutase (EC 5.4.99.5) catalyzes the intramolecular rearrangement of chorismate to prephenate. Arg-90 in the active site of the enzyme from Bacillus subtilis is in close proximity to the substrate's ether oxygen and may contribute to efficient catalysis by stabilizing the presumed dipolar transition state that would result upon scission of the C--O bond. To test this idea, we have developed a novel complementation system for chorismate mutase activity in Escherichia coli by reengineering parts of the aromatic amino acid biosynthetic pathway. The codon for Arg-90 was randomized, alone and in combination with that for Cys-88, and active clones were selected. The results show that a positively charged residue either at position 88 (Lys) or 90 (Arg or Lys) is essential. Our data provide strong support for the hypothesis that the positive charge is required for stabilization of the transition state of the enzymatic chorismate rearrangement. The new selection system, in conjunction with combinatorial mutagenesis, renders the mechanism of the natural enzyme(s) accessible to further exploration and opens avenues for the improvement of first generation catalytic antibodies with chorismate mutase activity.
Resumo:
Engineering site-specific amino acid substitutions into the protein-tyrosine phosphatase (PTPase) PTP1 and the dual-specific vaccinia H1-related phosphatase (VHR), has kinetically isolated the two chemical steps of the reaction and provided a rare opportunity for examining transition states and directly observing the phosphoenzyme intermediate. Changing serine to alanine in the active-site sequence motif HCXXGXXRS shifted the rate-limiting step from intermediate formation to intermediate hydrolysis. Using phosphorus 31P NMR, the covalent thiol-phosphate intermediate was directly observed during catalytic turnover. The importance of the conserved aspartic acid (D92 in VHR and D181 in PTP1) in both chemical steps was established. Kinetic analysis of D92N and D181N mutants indicated that aspartic acid acts as a general acid by protonating the leaving-group phenolic oxygen. Structure-reactivity experiments with native and aspartate mutant enzymes established that proton transfer is concomitant with P-O cleavage, such that no charge develops on the phenolic oxygen. Steady- and presteady-state kinetics, as well as NMR analysis of the double mutant D92N/S131A (VHR), suggested that the conserved aspartic acid functions as a general base during intermediate hydrolysis. As a general base, aspartate would activate a water molecule to facilitate nucleophilic attack. The amino acids involved in transition-state stabilization for cysteinylphosphate hydrolysis were confirmed by the x-ray structure of the Yersinia PTPase complexed with vanadate, a transition-state mimic that binds covalently to the active-site cysteine. Consistent with the NMR, x-ray, biochemical, and kinetic data, a unifying mechanism for catalysis is proposed.
Resumo:
A fundamental catalytic principle for protein enzymes in the use of binding interactions away from the site of chemical transformation for catalysis. We have compared the binding and reactivity of a series of oligonucleotide substrates and products of the Tetrahymena ribozyme, which catalyzes a site-specific phosphodiester cleavage reaction: CCCUCUpA+G<-->CCCUCU-OH+GpA. The results suggest that this RNA enzyme, like protein enzymes, can utilize binding interactions to achieve substantial catalysis via entropic fixation and substrate destabilization. The stronger binding of the all-ribose oligonucleotide product compared to an analog with a terminal 3' deoxyribose residue gives an effective concentration of 2200 M for the 3' hydroxyl group, a value approaching those obtained with protein enzymes and suggesting the presence of a structurally well defined active site capable of precise positioning. The stabilization from tertiary binding interactions is 40-fold less for the oligonucleotide substrate than the oligonucleotide product, despite the presence of the reactive phosphoryl group in the substrate. This destabilization is accounted for by a model in which tertiary interactions away from the site of bond cleavage position the electron-deficient 3' bridging phosphoryl oxygen of the oligonucleotide substrate next to an electropositive Mg ion. As the phosphodiester bond breaks and this 3' oxygen atom develops a negative charge in the transition state, the weak interaction of the substrate with Mg2+ becomes strong. These strategies of "substrate destabilization" and "transition state stabilization" provide estimated rate enhancements of approximately 280- and approximately 60-fold, respectively. Analogous substrate destabilization by a metal ion or hydrogen bond donor may be used more generally by RNA and protein enzymes catalyzing reactions of phosphate esters.
Resumo:
Most of electrocatalytic reactions occur in an aqueous environment. Understanding the influence of water structure on reaction dynamics is fundamental in electrocatalysis. In this work, the role of liquid water structure on the oxygen reduction at Pt(1 1 1) electrode is analyzed in methanesulfonic (MTSA) and perchloric acids. This is because these different anions can exert a different influence on liquid water structure. Results reveal a lower ORR electrode activity in MTSA than in HClO4 solutions and they are discussed in light of anion's influence on water structural ordering. From them, the existence of an outer-sphere, rate determining, step in the ORR mechanism is suggested.
Resumo:
Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.
Resumo:
Cette thèse se compose en deux parties: Première Partie: La conception et la synthèse d’analogues pyrrolidiniques, utilisés comme agents anticancéreux, dérivés du FTY720. FTY720 est actuellement commercialisé comme médicament (GilenyaTM) pour le traitement de la sclérose en plaques rémittente-récurrente. Il agit comme immunosuppresseur en raison de son effet sur les récepteurs de la sphingosine-1-phosphate. A fortes doses, FTY720 présente un effet antinéoplasique. Cependant, à de telles doses, un des effets secondaires observé est la bradycardie dû à l’activation des récepteurs S1P1 et S1P3. Ceci limite son potentiel d’utilisation lors de chimiothérapie. Nos précédentes études ont montré que des analogues pyrrolidiniques dérivés du FTY720 présentaient une activité anticancéreuse mais aucune sur les récepteurs S1P1 et S1P3. Nous avons soumis l’idée qu’une étude relation structure-activité (SARs) pourrait nous conduire à la découverte de nouveaux agents anti tumoraux. Ainsi, deux séries de composés pyrrolidiniques (O-arylmethyl substitué et C-arylmethyl substitué) ont pu être envisagés et synthétisés (Chapitre 1). Ces analogues ont montré d’excellentes activités cytotoxiques contre diverses cellules cancéreuses humaines (prostate, colon, sein, pancréas et leucémie), plus particulièrement les analogues actifs qui ne peuvent pas être phosphorylés par SphK, présentent un plus grand potentiel pour le traitement du cancer sans effet secondaire comme la bradycardie. Les études mécanistiques suggèrent que ces analogues de déclencheurs de régulation négative sur les transporteurs de nutriments induisent une crise bioénergétique en affamant les cellules cancéreuses. Afin d’approfondir nos connaissances sur les récepteurs cibles, nous avons conçu et synthétisé des sondes diazirine basées sur le marquage d’affinité aux photons (méthode PAL: Photo-Affinity Labeling) (Chapitre 2). En s’appuyant sur la méthode PAL, il est possible de récolter des informations sur les récepteurs cibles à travers l’analyse LC/MS/MS de la protéine. Ces tests sont en cours et les résultats sont prometteurs. Deuxième partie: Coordination métallique et catalyse di fonctionnelle de dérivés β-hydroxy cétones tertiaires. Les réactions de Barbier et de Grignard sont des méthodes classiques pour former des liaisons carbone-carbone, et généralement utilisées pour la préparation d’alcools secondaires et tertiaires. En vue d’améliorer la réaction de Grignard avec le 1-iodobutane dans les conditions « one-pot » de Barbier, nous avons obtenu comme produit majoritaire la β-hydroxy cétone provenant de l’auto aldolisation de la 5-hexen-2-one, plutôt que le produit attendu d’addition de l’alcool (Chapitre 3). La formation inattendue de la β-hydroxy cétone a également été observée en utilisant d’autres dérivés méthyl cétone. Étonnement dans la réaction intramoléculaire d’une tricétone, connue pour former la cétone Hajos-Parrish, le produit majoritaire est rarement la β-hydroxy cétone présentant la fonction alcool en position axiale. Intrigué par ces résultats et après l’étude systématique des conditions de réaction, nous avons développé deux nouvelles méthodes à travers la synthèse sélective et catalytique de β-hydroxy cétones spécifiques par cyclisation intramoléculaire avec des rendements élevés (Chapitre 4). La réaction peut être catalysée soit par une base adaptée et du bromure de lithium comme additif en passant par un état de transition coordonné au lithium, ou bien soit à l’aide d’un catalyseur TBD di fonctionnel, via un état de transition médiée par une coordination bidenté au TBD. Les mécanismes proposés ont été corroborés par calcul DFT. Ces réactions catalytiques ont également été appliquées à d’autres substrats comme les tricétones et les dicétones. Bien que les efforts préliminaires afin d’obtenir une enantioselectivité se sont révélés sans succès, la synthèse et la recherche de nouveaux catalyseurs chiraux sont en cours.
Resumo:
Cover-title.
Resumo:
"Prepared by the Polytechnic Institute of Brooklyn...under the supervision of Dr. C.G. Overberger."
Resumo:
Human cytochrome P450 (P450) 2D6 is an important enzyme involved in the metabolism of drugs, many of which are amines or contain other basic nitrogen atoms. Asp301 has generally been considered to be involved in electrostatic docking with the basic substrates, on the basis of previous modeling studies and site-directed mutagenesis. Substitution of Glu216 with a residue other than Asp strongly attenuated the binding of quinidine, bufuralol, and several other P450 2D6 ligands. Catalytic activity with the substrates bufuralol and 4-methoxyphenethylamine was strongly inhibited by neutral or basic mutations at Glu216 (>95%), to the same extent as the substitution of Asn at Asp301. Unlike the Asp301 mutants, the Gln216 mutant (E216Q) retained 40% enzyme efficiency with the substrate spirosulfonamide, devoid of basic nitrogen, suggesting that the substitutions at Glu216 affect binding of amine substrates more than other catalytic steps. Attempts to induce catalytic specificity toward new substrates by substitutions at Asp301 and Glu216 were unsuccessful. Collectively, the results provide evidence for electrostatic interaction of amine substrates with Glu216, and we propose that both of these acidic residues plus at least another residue(s) is (are) involved in binding the repertoire of P450 2D6 ligands.
Resumo:
Acetohydroxy acid synthases (AHAS) are thiamin diphosphate- (ThDP-) and FAD-dependent enzymes that catalyze the first common step of branched-chain amino acid biosynthesis in plants, bacteria, and fungi. Although the flavin cofactor is not chemically involved in the physiological reaction of AHAS, it has been shown to be essential for the structural integrity and activity of the enzyme. Here, we report that the enzyme-bound FAD in AHAS is reduced in the course of catalysis in a side reaction. The reduction of the enzyme-bound flavin during turnover of different substrates under aerobic and anaerobic conditions was characterized by stopped-flow kinetics using the intrinsic FAD absorbance. Reduction of enzyme-bound FAD proceeds with a net rate constant of k' = 0.2 s(-1) in the presence of oxygen and approximately 1 s(-1) under anaerobic conditions. No transient flavin radicals are detectable during the reduction process while time-resolved absorbance spectra are recorded. Reconstitution of the binary enzyme-FAD complex with the chemically synthesized intermediate 2-(hydroxyethyl)-ThDP also results in a reduction of the flavin. These data provide evidence for the first time that the key catalytic intermediate 2-(hydroxyethyl)ThDP in the carbanionic/enamine form is not only subject to covalent addition of 2-keto acids and an oxygenase side reaction but also transfers electrons to the adjacent FAD in an intramolecular redox reaction yielding 2-acetyl-ThDP and reduced FAD. The detection of the electron transfer supports the idea of a common ancestor of acetohydroxy acid synthase and pyruvate oxidase, a homologous ThDP- and FAD-dependent enzyme that, in contrast to AHASs, catalyzes a reaction that relies on intercofactor electron transfer.