Structure d'une tagatose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : étude d'une apparente perte de stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase de classe I qui fait montre d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-biphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-biphosphate (FBP), du sorbose-1,6-biphosphate et du psicose-1,6-biphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Afin de mettre à jour les caractéristiques du mécanisme enzymatique, une étude structurale de la TBP aldolase de S. pyogenes, un pathogène humain extrêmement versatile, a été entreprise. Elle a permis la résolution de la structure native et en complexe avec le DHAP, a respectivement 1.87 et 1.92 Å de résolution. Ces mêmes structures ont permis de se représenter plus clairement le site actif de l'enzyme en général, et les résidus catalytiques en particulier. Le trempage des cristaux de TBP aldolase dans une solution saturante de DHAP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire iminium, ainsi que sa géométrie particulière en atteste. Des expériences d'échange de proton, entreprises afin d'évaluer le stéréoisomérisme du transfert de proton catalytique, ont également permis de faire une intéressante découverte : la TBP aldolase ne peut déprotoner le coté pro-R du C3 du DHAP, mais peut le protonner. Ce résultat, ainsi que la comparaison de la structure du complexe TBP aldolase-DHAP avec la structure du complexe FBP aldolase de muscle de lapin- DHAP, pointe vers un isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP. De plus, la résolution de ces deux structures a permis de mettre en évidence trois régions très mobiles de la protéine, ce qui pourrait être relié au rôle postulé de son isozyme chez S. pyogenes dans la régulation de l’expression génétique et de la virulence de la bactérie. La cristallographie par rayons X et la cinétique enzymatique ont ainsi permis d'avancer dans l'élucidation du mécanisme et des propriétés structurales de cette enzyme aux caractéristiques particulières.

Multifonctionnalité de l'aldolase glycolytique : mécanisme catalytique et interaction avec un peptide de la protéine du syndrome Wiskott-Aldrich

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Supramolecular polymers azo-containing : photo-responsive block copolymer elastomers and homopolymers

Beaucoup d'efforts dans le domaine des matériaux polymères sont déployés pour développer de nouveaux matériaux fonctionnels pour des applications spécifiques, souvent très sophistiquées, en employant des méthodes simplifiées de synthèse et de préparation. Cette thèse porte sur les polymères photosensibles – i.e. des matériaux fonctionnels qui répondent de diverses manières à la lumière – qui sont préparés à l'aide de la chimie supramoléculaire – i.e. une méthode de préparation qui repose sur l'auto-assemblage spontané de motifs moléculaires plus simples via des interactions non covalentes pour former le matériau final désiré. Deux types de matériaux photosensibles ont été ciblés, à savoir les élastomères thermoplastiques à base de copolymères à blocs (TPE) et les complexes d'homopolymères photosensibles. Les TPEs sont des matériaux bien connus, et même commercialisés, qui sont généralement composés d’un copolymère tribloc, avec un bloc central très flexible et des blocs terminaux rigides qui présentent une séparation de phase menant à des domaines durs isolés, composés des blocs terminaux rigides, dans une matrice molle formée du bloc central flexible, et ils ont l'avantage d'être recyclable. Pour la première fois, au meilleur de notre connaissance, nous avons préparé ces matériaux avec des propriétés photosensibles, basé sur la complexation supramoléculaire entre un copolymère tribloc simple parent et une petite molécule possédant une fonctionnalité photosensible via un groupe azobenzène. Plus précisément, il s’agit de la complexation ionique entre la forme quaternisée d'un copolymère à blocs, le poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle)-poly(acrylate de n-butyle)-poly(méthacrylate de diméthylaminoéthyle) (PDM-PnBA-PDM), synthétisé par polymérisation radicalaire par transfert d’atomes (ATRP), et l'orange de méthyle (MO), un composé azo disponible commercialement comportant un groupement SO3 -. Le PnBA possède une température de transition vitreuse en dessous de la température ambiante (-46 °C) et les blocs terminaux de PDM complexés avec le MO ont une température de transition vitreuse élevée (140-180 °C, en fonction de la masse molaire). Des tests simples d'élasticité montrent que les copolymères à blocs complexés avec des fractions massiques allant de 20 à 30% présentent un caractère élastomère. Des mesures d’AFM et de TEM (microscopie à force atomique et électronique à ii transmission) de films préparés à l’aide de la méthode de la tournette, montrent une corrélation entre le caractère élastomère et les morphologies où les blocs rigides forment une phase minoritaire dispersée (domaines sphériques ou cylindriques courts). Une phase dure continue (morphologie inversée) est observée pour une fraction massique en blocs rigides d'environ 37%, ce qui est beaucoup plus faible que celle observée pour les copolymères à blocs neutres, dû aux interactions ioniques. La réversibilité de la photoisomérisation a été démontrée pour ces matériaux, à la fois en solution et sous forme de film. La synthèse du copolymère à blocs PDM-PnBA-PDM a ensuite été optimisée en utilisant la technique d'échange d'halogène en ATRP, ainsi qu’en apportant d'autres modifications à la recette de polymérisation. Des produits monodisperses ont été obtenus à la fois pour la macroamorceur et le copolymère à blocs. À partir d'un seul copolymère à blocs parent, une série de copolymères à blocs partiellement/complètement quaternisés et complexés ont été préparés. Des tests préliminaires de traction sur les copolymères à blocs complexés avec le MO ont montré que leur élasticité est corrélée avec la fraction massique du bloc dur, qui peut être ajustée par le degré de quaternisation et de complexation. Finalement, une série de complexes d'homopolymères auto-assemblés à partir du PDM et de trois dérivés azobenzènes portant des groupes (OH, COOH et SO3) capables d'interactions directionnelles avec le groupement amino du PDM ont été préparés, où les dérivés azo sont associés avec le PDM, respectivement, via des interactions hydrogène, des liaisons ioniques combinées à une liaison hydrogène à travers un transfert de proton (acidebase), et des interactions purement ioniques. L'influence de la teneur en azo et du type de liaison sur la facilité d’inscription des réseaux de diffraction (SRG) a été étudiée. L’efficacité de diffraction des SRGs et la profondeur des réseaux inscrits à partir de films préparés à la méthode de la tournette montrent que la liaison ionique et une teneur élevée en azo conduit à une formation plus efficace des SRGs.

On the use of 2,1,3-benzothiadiazole derivatives as selective live cell fluorescence imaging probes

Newly designed 2,1,3-benzothiadiazole-containing fluorescent probes with four excited state intramolecular proton transfer (ESIPT) sites were successfully tested in live cell-imaging assays using a confluent monolayer of human stem-cells (tissue). All tested dyes were compared with the commercially available DAPI and gave far better results. (c) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Picosecond Dynamics of the Prototropic Reactions of 7-Hydroxyflavylium Photoacids Anchored at an Anionic Micellar Surface

Three water-insoluble, micelle-anchored flavylium salts, 7-hydroxy-3-octyl-flavylium chloride, 4`-hexyl-7-hydroxyflavylium chloride, and 6-hexyl-7-hydroxy-4-methyl-flavylium chloride, have been employed to probe excited-state prototropic reactions in micellar sodium dodecyl sulfate (SDS). In SDS micelles, the fluorescence decays of these three flavylium salts are tetraexponential functions in the pH range from 1.0 to 4.6 at temperatures from 293 to 318 K. The four components of the decays are assigned to Four kinetically coupled excited species in the micelle: specifically, promptly deprotonable (AH(+)*) and nonpromptly deprotonable (AH(h)(+)*) orientations of the acid in the micelle. the base-proton geminate pair (A*center dot center dot center dot H(+)), and the free conjugate base (A*). The initial prompt deprotonation to form the germinate pair occurs at essentially the same rate (k(d) similar to 6-7 x 10(10) s(-1)) for all three photoacids. Recombination of the germinate pair is similar to 3-fold faster than the rate of proton escape from the pair (k(rec) similar to 3 x 10(10) s(-1) and k(diss) similar to 1 x 10(10) s(-1)), corresponding to an intrinsic recombination efficiency of the pair of similar to 75%. Finally, the reprotonation of the short-lived free A* (200-350 ps, depending oil the photoacid) has two components, only one of which depends oil the proton concentration in the intermicellar aqueous phase. Ultrafast transfer of the proton to water and substantial compartmentalization of the photogenerated proton at the micelle surface Oil the picosecond time scale strongly suggest preferential transfer of the proton to preformed hydrogen-bonded water bridges between the photoacid and the anionic headgroups. This localizes the proton in the vicinity of the excited base much more efficiently than ill bulk water, resulting ill the predominance of geminate re reprotonation at the micelle surface.

DFT study of alpha-alanine as a function of the medium polarity

The zwitterionic (Z) form, neutral (N) form and transition structure (TS) connecting N to Z, have been studied at the B3LYP/6-31++G** level of calculation by using the SCRF methodology. The intramolecular proton transfer from oxygen to nitrogen atoms of alpha -alanine and vibrational spectrum were analyzed in the different environments employed: acetonitrile, ethanol, carbon tetrachloride and gas phase. The Z species is a stationary point in acetonitrile and ethanol, but not in carbon tetrachloride and gas phase media. The geometry of N, Z and TS was similar in acetonitrile and ethanol. The vibrational spectrum of Z was similar in the two solvents studied. (C) 2001 Elsevier B.V. B.V. All lights reserved.

Bronsted Acid Catalyzed Morita-Baylis-Hillman Reaction: A New Mechanistic View for Thioureas Revealed by ESI-MS(/MS) Monitoring and DFT Calculations

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The generator coordinate method for a reaction coordinate coupled to a harmonic oscillator bath

This paper investigates the usefulness of the generator coordinate method (GCM) for treating the dynamics of a reaction coordinate coupled to a bath of harmonic degrees of freedom. Models for the unimolecular dissociation and isomerization process (proton transfer) are analyzed. The GCM results, presented in analytical form, provide a very good description and are compared to other methods Like the basis set method and multiconfiguration time dependent self-consistent field. (C) 1998 American Institute of Physics. [S0021-9606(98)50934-8].

Water at interfaces and its influence on the electrical properties of adsorbed films

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

The Mycobacterium tuberculosis Rv2540c DNA sequence encodes a bifunctional chorismate synthase

Background. The emergence of multi- and extensively-drug resistant Mycobacterium tuberculosis strains has created an urgent need for new agents to treat tuberculosis (TB). The enzymes of shikimate pathway are attractive targets to the development of antitubercular agents because it is essential for M. tuberculosis and is absent from humans. Chorismate synthase (CS) is the seventh enzyme of this route and catalyzes the NADH- and FMN-dependent synthesis of chorismate, a precursor of aromatic amino acids, naphthoquinones, menaquinones, and mycobactins. Although the M. tuberculosis Rv2540c (aroF) sequence has been annotated to encode a chorismate synthase, there has been no report on its correct assignment and functional characterization of its protein product. Results. In the present work, we describe DNA amplification of aroF-encoded CS from M. tuberculosis (MtCS), molecular cloning, protein expression, and purification to homogeneity. N-terminal amino acid sequencing, mass spectrometry and gel filtration chromatography were employed to determine identity, subunit molecular weight and oligomeric state in solution of homogeneous recombinant MtCS. The bifunctionality of MtCS was determined by measurements of both chorismate synthase and NADH:FMN oxidoreductase activities. The flavin reductase activity was characterized, showing the existence of a complex between FMN ox and MtCS. FMNox and NADH equilibrium binding was measured. Primary deuterium, solvent and multiple kinetic isotope effects are described and suggest distinct steps for hydride and proton transfers, with the former being more rate-limiting. Conclusion. This is the first report showing that a bacterial CS is bifunctional. Primary deuterium kinetic isotope effects show that C4-proS hydrogen is being transferred during the reduction of FMNox by NADH and that hydride transfer contributes significantly to the rate-limiting step of FMN reduction reaction. Solvent kinetic isotope effects and proton inventory results indicate that proton transfer from solvent partially limits the rate of FMN reduction and that a single proton transfer gives rise to the observed solvent isotope effect. Multiple isotope effects suggest a stepwise mechanism for the reduction of FMNox. The results on enzyme kinetics described here provide evidence for the mode of action of MtCS and should thus pave the way for the rational design of antitubercular agents. © 2008 Ely et al; licensee BioMed Central Ltd.

On the Deactivation Mechanisms of Adenine-Thymine Base Pair

In this contribution, the multiconfigurational second-order perturbation theory method based on a complete active space reference wave function (CASSCF/CASPT2) is applied to study all possible single and double proton/hydrogen transfers between the nucleobases in the adenine-thymine (AT) base pair, analyzing the role of excited states with different nature [localized (LE) and charge transfer (CT)] and considering concerted as well as step-wise mechanisms. According to the findings, once the lowest excited states, localized in adenine, are populated during UV irradiation of the Watson-Crick base pair, the proton transfer in the N-O bridge does not require high energy in order to populate a CT state. The latter state will immediately relax toward a crossing with the ground state, which will funnel the system to either the canonical structure or the imino-enol tautomer. The base pair is also capable of repairing itself easily since the imino-enol species is unstable to thermal conversion.

Photoprotection and the Photophysics of Acylated Anthocyanins

The proposed role of anthocyanins in protecting plants against excess solar radiation is consistent with the occurrence of ultrafast (525 ps) excited-state proton transfer as the major de-excitation pathway of these molecules. However, because natural anthocyanins absorb mainly in the visible region of the spectra, with only a narrow absorption band in the UV-B region, this highly efficient deactivation mechanism would essentially only protect the plant from visible light. On the other hand, ground-state charge-transfer complexes of anthocyanins with naturally occurring electron-donor co-pigments, such as hydroxylated flavones, flavonoids, and hydroxycinnamic or benzoic acids, do exhibit high UV-B absorptivities that complement that of the anthocyanins. In this work, we report a comparative study of the photophysics of the naturally occurring anthocyanin cyanin, intermolecular cyanincoumaric acid complexes, and an acylated anthocyanin, that is, cyanin with a pendant coumaric ester co-pigment. Both inter- and intramolecular anthocyaninco-pigment complexes are shown to have ultrafast energy dissipation pathways comparable to those of model flavylium cationco-pigment complexes. However, from the standpoint of photoprotection, the results indicate that the covalent attachment of co-pigment molecules to the anthocyanin represents a much more efficient strategy by providing the plant with significant UV-B absorption capacity and at the same time coupling this absorption to efficient energy dissipation pathways (ultrafast internal conversion of the complexed form and fast energy transfer from the excited co-pigment to the anthocyanin followed by adiabatic proton transfer) that avoid net photochemical damage.

Exploring the intrinsic polar [4?+?2+] cycloaddition reactivity of gaseous carbosulfonium and carboxonium ions

Gas-phase reactions of model carbosulfonium ions (CH3-S+?=?CH2; CH3CH2-S+?=?CH2 and Ph-S+?=?CH2) and an O-analogue carboxonium ion (CH3-O+?=?CH2) with acyclic (isoprene, 1,3-butadiene, methyl vinyl ketone) and cyclic (1,3-cyclohexadiene, thiophene, furan) conjugated dienes were systematically investigated by pentaquadrupole mass spectrometry. As corroborated by B3LYP/6-311?G(d,p) calculations, the carbosulfonium ions first react at large extents with the dienes forming adducts via simple addition. The nascent adducts, depending on their stability and internal energy, react further via two competitive channels: (1) in reactions with acyclic dienes via cyclization that yields formally [4?+?2+] cycloadducts, or (2) in reactions with the cyclic dienes via dissociation by HSR loss that yields methylenation (net CH+ transfer) products. In great contrast to its S-analogues, CH3-O+?=?CH2 (as well as C2H5-O+?=?CH2 and Ph-O+?=?CH2 in reactions with isoprene) forms little or no adduct and proton transfer is the dominant reaction channel. Isomerization to more acidic protonated aldehydes in the course of reaction seems to be the most plausible cause of the contrasting reactivity of carboxonium ions. The CH2?=?CH-O+?=?CH2 ion forms an abundant [4?+?2+] cycloadduct with isoprene, but similar to the behavior of such alpha,beta-unsaturated carboxonium ions in solution, seems to occur across the C?=?C bond. Copyright (c) 2012 John Wiley & Sons, Ltd.

Shape resonance spectrum of cytosine-guanine pairs.

Single and double strand breaks in DNA can be caused by low-energy electrons, the most abundant secondary products of the interaction of ionizing radiation to the biological matter. Attachment of these electrons to biomolecules lead to the formation of transient negative ions (TNIs) [1], often referred to as resonances, a process that may lead to significant vibrational excitation and dissociation. In the present study, we employ the parallel version [2] of the Schwinger Multichannel Method implemented with pseudopotentials [3] to obtain the shape resonance spectrum of cytosine-guanine (CG) pairs, with special attention to π* transient anion states. Recent experimental studies pointed out a quasi-continuum vibrational excitation spectrum for electron collisions against formic acid dimers [4], suggesting that electron attachment into π* valence orbitals could induce proton transfer in these dimers. In addition, our previous studies on the shape resonance spectra of the hydrogen-bonded complexes comprising formic acid and formamide units indicated interesting electron delocalization (localization) effects arising from the presence (absence) of inversion symmetry centers in the complexes [5]. In the present work, we extend the studies on hydrogen-bonded complexes to the CG pair, where localization of ¼¤ anions would be expected, based on the previous results. References [1]. B. Boudaïffa, P. Cloutier, D. Hunting, M. A. Huels, L. Sanche, Science 287, 1658 (2000). [2]. J. S. dos Santos, R. F. da Costa , M. T. do N. Varella, J. Chem. Phys. 136, 084307 (2012). [3]. M. H. F. Bettega, L. G. Ferreira, M. A. P. Lima, Phys. Rev. A 47, 1111 (1993). [4]. M. Allan, Phys. Rev. Lett. 98, 123201 (2007). [5]. T. C. Freitas, S. dA. Sanchez, M. T. do N. Varella, M. H. F. Bettega, Phys. Rev. A 84, 062714 (2011).

Untersuchungen zum Mechanismus der zellulären und zellfreien DNA-Schädigung durch photosensibilisierende Arzneistoffe

Einige Arzneistoffe verursachen unter dem Einfluss von Sonnenlichtstrahlung folgenschwere Hautveränderungen. In der Arbeit wurden für sechs Photosensibilisatoren erstmals „Fingerabdrücke“ des zellfreien und zellulären photoinduzierten DNA Schadens in Form von Schadensprofilen erstellt. Untersucht wurden das Phenothiazin Chlorpromazin, sowie dessen Derivate 2-Hydroxypromazin, Chlorpromazinsulfoxid und Promazin; die Fluorchinolone Ciprofloxacin und Lomefloxacin; sowie Doxycyclin und Methylenblau unter Bestrahlung mit künstlich erzeugtem Sonnenlicht. Neben Strangbrüchen in der DNA konnten durch den Einsatz von spezifischen DNA-Reparaturendonukleasen als Sonden die Mengen an oxidativen Purinmodifikationen, oxidative Pyrimidinmodifikationen und abasische Stellen bestimmt werden. Durch Verwendung von modulierenden Zusätzen wurde die Beteiligung von reaktiven Sauerstoffspezies überprüft. Besonders bei den Phenothiazinen zeigten sich Besonderheiten hinsichtlich der DNA-Schädigung. Promazin induziert unter Photoaktivierung, vermutlich über einen reduktiven Angriff an der DNA, eine hohe Anzahl sonst selten beobachteter Läsionen, nämlich abasischen Stellen und Dihydropyrimidine. Photoaktiviertes Chlorpromazin konnte in Zellen unerwarteterweise wahrscheinlich über die Reaktion von Photolyseprodukten mit einem endogenen Chromophor sonnenlichtinduzierte oxidative DNA-Modifikationen verhindern. Eine Schädigung zellfreier DNA fand nur statt, wenn der Photosensibilisator im Überschuss gegenüber den DNA-Basenpaaren vorlag, vermutlich weil ansonsten die Photolyse des Chlorpromazins durch Interkalation in die DNA verhindert wurde. Fluorchinolone zeigten eine starke Generierung von DNA-Strangbrüchen in Zellen, welche möglicherweise auf photoinduzierte Reaktionen der Arzneistoffe mit der eukaryotischen Topoisomerase zurückzuführen ist. Die Korrelation der gemessenen DNA-Schäden mit der Mikrokerninduktion führte zu der Annahme, dass besonders abasische Stellen bei der Entstehung von Mikrokernen eine Rolle spielen könnten.