A computational analysis of substrate binding strength by phosphorylase kinase and protein kinase A

Protein kinases exhibit various degrees of substrate specificity. The large number of different protein kinases in the eukaryotic proteomes makes it impractical to determine the specificity of each enzyme experimentally. To test if it were possible to discriminate potential substrates from non-substrates by simple computational techniques, we analysed the binding enthalpies of modelled enzyme-substrate complexes and attempted to correlate it with experimental enzyme kinetics measurements. The crystal structures of phosphorylase kinase and cAMP-dependent protein kinase were used to generate models of the enzyme with a series of known peptide substrates and non-substrates, and the approximate enthalpy of binding assessed following energy minimization. We show that the computed enthalpies do not correlate closely with kinetic measurements, but the method can distinguish good substrates from weak substrates and non-substrates. Copyright (C) 2002 John Wiley Sons, Ltd.

Congenital lactic acidosis: Evaluation of the properties of the A199T natural variant of human pyruvate dehydrogenase E1 alpha by in vitro mutation

One cause of congenital lactic acidosis is a mutation in the E1 alpha -subunit of the pyruvate dehydrogenase multienzyme complex. Little is known about the consequences of these mutations at the enzymatic level. Here we study the A199T mutation by expressing the protein in Escherichia coil. The specific activity is 25% of normal and the K-m for pyruvate is elevated by 10-fold. Inhibitors of lactate dehydrogenase might be a useful therapy for patients with such mutations. (C) 2001 Academic Press.

Analysis of the sequence and expression of a second putative acetylcholinesterase cDNA from organophosphate-susceptible and organophosphate-resistant cattle ticks

The cattle tick, Boophilus microplus, is a major pest of cattle in Australia, Central and South America, and parts of Africa and Asia. Control of ticks with organophosphates (OPs) and carbamates, which target acetylcholinesterases (AChE), led to evolution of resistance to these pesticides. Alleles at the locus studied here, AChE2, from OP-susceptible female ticks from Australia and Mexico differed at 46 of 1689 nucleotide positions (20 putative amino acid differences) whereas alleles from three strains of OP-resistant ticks from Australia differed with the allele from the Australian susceptible ticks at six to 13 nucleotide positions (three to six putative amino acid differences). However, the role, if any, of these polymorphisms in the OP-resistance phenotype is unknown. Certainly none of the polymorphisms correspond to sites in ACK that are involved in catalysis or binding of acetylcholine in other organisms. Both of the AChE loci of B. microplus, AChE1 and AChE2, are apparently expressed in synganglia; AChE1 is also expressed in salivary glands and ovaries, in OP-susceptible and OP-resistant ticks. This seems to contradict studies of enzyme kinetics, which indicated that only one form of AChE was present in the synganglia, the site of the action of OPs, in this species of tick. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Thermodynamic non-ideality as an alternative source of the effect of sucrose on the thrombin-catalyzed hydrolysis of peptide p-nitroanalide substrates

The inhibitory effect of sucrose on the kinetics of thrombin-catalyzed hydrolysis of the chromogenic substrate S-2238 (D-phenylalanyl-pipecolyl-arginoyl-p-nitroanilide) is re-examined as a possible consequence of thermodynamic non-ideality-an inhibition originally attributed to the increased viscosity of reaction mixtures. However, those published results may also be rationalized in terms of the suppression of a substrate-induced isomerization of thrombin to a slightly more expanded (or more asymmetric) transition state prior to the irreversible kinetic steps that lead to substrate hydrolysis. This reinterpretation of the kinetic results solely in terms of molecular crowding does not signify the lack of an effect of viscosity on any reaction step(s) subject to diffusion control. Instead, it highlights the need for development of analytical procedures that can accommodate the concomitant operation of thermodynamic non-ideality and viscosity effects.

Phylogenetic analyses of C4 photosynthesis evolution in grasses: genetics of convergence and convergence of genes

Summary : During the evolutionary diversification of organisms, similar ecological constraints led to the recurrent appearances of the same traits (phenotypes) in distant lineages, a phenomenon called convergence. In most cases, the genetic origins of the convergent traits remain unknown, but recent studies traced the convergent phenotypes to recurrent alterations of the same gene or, in a few cases, to identical genetic changes. However, these cases remain anecdotal and there is a need for a study system that evolved several times independently and whose genetic determinism is well resolved and straightforward, such as C4 photosynthesis. This adaptation to warm environments, possibly driven by past atmospheric CO2 decreases, consists in a CO2-concentrating pump, created by numerous morphological and biochemical novelties. All genes encoding C4 enzymes already existed in C3 ancestors, and are supposed to have been recruited through gene duplication followed by neo-functionalization, to acquire the cell specific expression pattern and altered kinetic properties that characterize Ca-specific enzymes. These predictions have so far been tested only in species-poor and ecologically marginal C4 dicots. The monocots, and especially the grass family (Poaceae), the most important C4 family in terms of species number, ecological dominance and economical importance, have been largely under-considered as suitable study systems. This thesis aimed at understanding the evolution of the C4 trait in grasses at a molecular level and to use the genetics of C4 photosynthesis to infer the evolutionary history of the C4 phenotype and its driving selective pressures. A molecular phylogeny of grasses and affiliated monocots identified 17 to 18 independent acquisitions of the C4 pathway in the grass family. A relaxed molecular clock was used to date these events and the first C4 evolution was estimated in the Chloridoideae subfamily, between 32-25 million years ago, at a period when atmospheric CO2 abruptly declined. Likelihood models showed that after the COZ decline the probability of evolving the C4 pathway strongly increased, confirming low CO2 as a likely driver of C4 photosynthesis evolution. In order to depict the genetic changes linked to the numerous C4 origins, genes encoding phopshoenolpyruvate carboxylase (PEPC), the key-enzyme responsible for the initial fixation of atmospheric CO2 in the C4 pathway, were isolated from a large sample of C3 and C4 grasses. Phylogenetic analyses were used to reconstruct the evolutionary history of the PEPC multigene family and showed that the evolution of C4-specific PEPC had been driven by positive selection on 21 codons simultaneously in up to eight C4 lineages. These selective pressures led to numerous convergent genetic changes in many different C4 clades, highlighting the repeatability of some evolutionary processes, even at the molecular level. PEPC C4-adaptive changes were traced and used to show multiple appearances of the C, pathway in clades where species tree inferences were unable to differentiate multiple C4 appearances and a single appearance followed by C4 to C3 reversion. Further investigations of genes involved in some of the C4 subtypes only (genes encoding decarboxylating enzymes NADP-malic enzyme and phosphoenolpyruvate carboxykinase) showed that these C4-enzymes also evolved through strong positive selection and underwent parallel genetic changes during the different Ca origins. The adaptive changes on these subtype-specific C4 genes were used to retrace the history of the C4-subtypes phenotypes, which revealed that the evolution of C4-PEPC and C4-decarboxylating enzymes was in several cases disconnected, emphasizing the multiplicity of the C4 trait and the gradual acquisition of the features that create the CO2-pump. Finally, phylogenetic analyses of a gene encoding the Rubisco (the enzyme responsible for the fixation of CO2 into organic compounds in all photosynthetic organisms) showed that C4 evolution switched the selective pressures on this gene. Five codons were recurrently mutated to adapt the enzyme kinetics to the high CO2 concentrations of C4 photosynthetic cells. This knowledge could be used to introgress C4-like Rubisco in C3 crops, which could lead to an increased yield under predicted future high CO2 atmosphere. Globally, the phylogenetic framework adopted during this thesis demonstrated the widespread occurrence of genetic convergence on C4-related enzymes. The genetic traces of C4 photosynthesis evolution allowed reconstructing events that happened during the last 30 million years and proved the usefulness of studying genes directly responsible for phenotype variations when inferring evolutionary history of a given trait. Résumé Durant la diversification évolutive des organismes, des pressions écologiques similaires ont amené à l'apparition récurrente de certains traits (phénotypes) dans des lignées distantes, un phénomène appelé évolution convergente. Dans la plupart des cas, l'origine génétique des traits convergents reste inconnue mais des études récentes ont montré qu'ils étaient dus dans certains cas à des changements répétés du même gène ou, dans de rares cas, à des changements génétiques identiques. Malgré tout, ces cas restent anecdotiques et il y a un réel besoin d'un système d'étude qui ait évolué indépendamment de nombreuses fois et dont le déterminisme génétique soit clairement identifié. La photosynthèse dite en Ça répond à ces critères. Cette adaptation aux environnements chauds, dont l'évolution a pu être encouragé par des baisses passées de la concentration atmosphérique en CO2, est constituée de nombreuses nouveautés morphologiques et biochimiques qui créent une pompe à CO2. La totalité des gènes codant les enzymes Ç4 étaient déjà présents dans les ancêtres C3. Leur recrutement pour la photosynthèse Ç4 est supposé s'être fait par le biais de duplications géniques suivies par une néo-fonctionnalisation pour leur conférer l'expression cellule-spécifique et les propriétés cinétiques qui caractérisent les enzymes C4. Ces prédictions n'ont jusqu'à présent été testées que dans des familles C4 contenant peu d'espèces et ayant un rôle écologique marginal. Les graminées (Poaceae), qui sont la famille C4 la plus importante, tant en termes de nombre d'espèces que de dominance écologique et d'importance économique, ont toujours été considérés comme un système d'étude peu adapté et ont fait le sujet de peu d'investigations évolutives. Le but de cette thèse était de comprendre l'évolution de la photosynthèse en C4 chez les graminées au niveau génétique et d'utiliser les gènes pour inférer l'évolution du phénotype C4 ainsi que les pressions de sélection responsables de son évolution. Une phylogénie moléculaire de la famille des graminées et des monocotylédones apparentés a identifié 17 à 18 acquisitions indépendantes de la photosynthèse chez les graminées. Grâce à une méthode d'horloge moléculaire relâchée, ces évènements ont été datés et la première apparition C4 a été estimée dans la sous-famille des Chloridoideae, il y a 32 à 25 millions d'années, à une période où les concentrations atmosphériques de CO2 ont décliné abruptement. Des modèles de maximum de vraisemblance ont montré qu'à la suite du déclin de CO2, la probabilité d'évoluer la photosynthèse C4 a fortement augmenté, confirmant ainsi qu'une faible concentration de CO2 est une cause potentielle de l'évolution de la photosynthèse C4. Afin d'identifier les mécanismes génétiques responsables des évolutions répétées de la photosynthèse C4, un segment des gènes codant pour la phosphoénolpyruvate carboxylase (PEPC), l'enzyme responsable de la fixation initiale du CO2 atmosphérique chez les plantes C4, ont été séquencés dans une centaine de graminées C3 et C4. Des analyses phylogénétiques ont permis de reconstituer l'histoire évolutive de la famille multigénique des PEPC et ont montré que l'évolution de PEPC spécifiques à la photosynthèse Ça a été causée par de la sélection positive agissant sur 21 codons, et ce simultanément dans huit lignées C4 différentes. Cette sélection positive a conduit à un grand nombre de changements génétiques convergents dans de nombreux clades différents, ce qui illustre la répétabilité de certains phénomènes évolutifs, et ce même au niveau génétique. Les changements sur la PEPC liés au C4 ont été utilisés pour confirmer des évolutions indépendantes du phénotype C4 dans des clades où l'arbre des espèces était incapable de différencier des apparitions indépendantes d'une seule apparition suivie par une réversion de C4 en C3. En considérant des gènes codant des protéines impliquées uniquement dans certains sous-types C4 (deux décarboxylases, l'enzyme malique à NADP et la phosphoénolpyruvate carboxykinase), des études ultérieures ont montré que ces enzymes C4 avaient elles-aussi évolué sous forte sélection positive et subi des changements génétiques parallèles lors des différentes origines de la photosynthèse C4. Les changements adaptatifs sur ces gènes liés seulement à certains sous-types C4 ont été utilisés pour retracer l'histoire des phénotypes de sous-types C4, ce qui a révélé que les caractères formant le trait C4 ont, dans certains cas, évolué de manière déconnectée. Ceci souligne la multiplicité du trait C4 et l'acquisition graduelle de composants participant à la pompe à CO2 qu'est la photosynthèse C4. Finalement, des analyses phylogénétiques des gènes codant pour la Rubisco (l'enzyme responsable de la fixation du CO2 en carbones organiques dans tous les organismes photosynthétiques) ont montré que l'évolution de la photosynthèse Ça a changé les pressions de sélection sur ce gène. Cinq codons ont été mutés de façon répétée afin d'adapter les propriétés cinétiques de la Rubisco aux fortes concentrations de CO2 présentes dans les cellules photosynthétiques des plantes C4. Globalement, l'approche phylogénétique adoptée durant cette thèse de doctorat a permis de démontré des phénomène fréquents de convergence génétique sur les enzymes liées à la photosynthèse C4. Les traces génétiques de l'évolution de la photosynthèse C4 ont permis de reconstituer des évènements qui se sont produits durant les derniers 30 millions d'années et ont prouvé l'utilité d'étudier des gènes directement responsables des variations phénotypiques pour inférer l'histoire évolutive d'un trait donné.

Hepatocyte nuclear factor 4alpha transactivates the mitochondrial alanine aminotransferase gene in the kidney of Sparus aurata

Alanine aminotransferase (ALT) plays an important role in amino acid metabolism and gluconeogenesis. The preference of carnivorous fish for protein amino acids instead of carbohydrates as a source of energy lead us to study the transcriptional regulation of the mitochondrial ALT (mALT) gene and to characterize the enzyme kinetics and modulation of mALT expression in the kidney of gilthead sea bream (Sparus aurata) under different nutritional and hormonal conditions. 5′-Deletion analysis of mALT promoter in transiently transfected HEK293 cells, site-directed mutagenesis and electrophoretic mobility shift assays allowed us to identify HNF4α as a new factor involved in the transcriptional regulation of mALT expression. Quantitative RT-PCR assays showed that starvation and the administration of streptozotocin (STZ) decreased HNF4α levels in the kidney of S. aurata, leading to the downregulation of mALT transcription. Analysis of the tissue distribution showed that kidney, liver, and intestine were the tissues with higher mALT and HNF4α expression. Kinetic analysis indicates that mALT enzyme is more efficient in catalyzing the conversion of L-alanine to pyruvate than the reverse reaction. From these results, we conclude that HNF4α transactivates the mALT promoter and that the low levels of mALT expression found in the kidney of starved and STZ-treated fish result from a decreased expression of HNF4α. Our findings suggest that the mALT isoenzyme plays a major role in oxidazing dietary amino acids, and points to ALT as a target for a biotechnological action to spare protein and optimize the use of dietary nutrients for fish culture.

Determinação das propriedades catalíticas em meio aquoso e orgânico da lipase de Candida rugosa imobilizada em celulignina quimicamente modificada por carbonildiimidazol

Microbial lipase from Candida rugosa was immobilized by covalent binding on wood cellulignin (Eucaliptus grandis) chemically modified with carbonyldiimidazole. The immobilized system was fully evaluated in aqueous (olive oil hydrolysis) and organic (ester synthesis) media. A comparative study between free and immobilized lipase was carried out in terms of pH, temperature and thermal stability. A higher pH value (8.0) was found optimal for the immobilized lipase. The optimal reaction temperature shifted from 37 °C for the free lipase to 45 °C for the immobilized lipase. The pattern of heat stability indicated that the immobilization process tends to stabilize the enzyme. Kinetics tests at 37 °C following the hydrolysis of olive oil obeyed the Michaelis-Menten rate equation. Values for Km = 924.9 mM and Vmax = 198.3 U/mg were lower than for free lipase, suggesting that the affinity towards the substrate changed and the activity of the immobilized lipase decreased during the course of immobilization. The immobilized derivative was also tested in the ester synthesis from several alcohols and carboxylic acids.

ALCALOIDES ACRIDÔNICOS INIBEM CATEPSINA L E V

Cathepsins represent a class of enzymes that has the primary function of randomly degrading proteins in the lysosomes, although are also involved in different pathologies. The aim of this paper was to evaluate the capacity of acridone alkaloids isolated from Swinglea glutinosa (Rutaceae) to inhibit cathepsin L in vitro . The IC50 values found were in the 0.8-57 µM range and the most promising compounds were alkaloids 1 and 2, with IC50 of 0.9 and 0.8 µM, respectively. Enzyme kinetics revealed that they are reversible competitive inhibitors with respect to the substrate Z-FR-MCA. This small series of acridone alkaloids showed low selectivity for both cathepsins, but represent promising lead candidates for the further development of competitive cathepsin L and V inhibitors.

Directed evolution of human dihydrofolate reductase: towards a better understanding of binding at the active site

La dihydrofolate réductase humaine (DHFRh) est une enzyme essentielle à la prolifération cellulaire, ce qui en fait une cible de choix pour le traitement de différents cancers. À cet effet, plusieurs inhibiteurs spécifiques de la DHFRh, les antifolates, ont été mis au point : le méthotrexate (MTX) et le pemetrexed (PMTX) en sont de bons exemples. Malgré l’efficacité clinique certaine de ces antifolates, le développement de nouveaux traitements s’avère nécessaire afin de réduire les effets secondaires liés à leur utilisation. Enfin, dans l’optique d’orienter la synthèse de nouveaux composés inhibiteurs des DHFRh, une meilleure connaissance des interactions entre les antifolates et leur enzyme cible est primordiale. À l’aide de l’évolution dirigée, il a été possible d’identifier des mutants de la DHFRh pour lesquels l’affinité envers des antifolates cliniquement actifs se voyait modifiée. La mutagenèse dite ¬¬de saturation a été utilisée afin de générer des banques de mutants présentant une diversité génétique au niveau des résidus du site actif de l’enzyme d’intérêt. De plus, une nouvelle méthode de criblage a été mise au point, laquelle s’est avérée efficace pour départager les mutations ayant entrainé une résistance aux antifolates et/ou un maintient de l’activité enzymatique envers son substrat natif, soient les phénotypes d’activité. La méthode de criblage consiste dans un premier temps en une sélection bactérienne à haut débit, puis dans un second temps en un criblage sur plaques permettant d’identifier les meilleurs candidats. Plusieurs mutants actifs de la DHFRh, résistants aux antifolates, ont ainsi pu être identifiés et caractérisés lors d’études de cinétique enzymatique (kcat et IC50). Sur la base de ces résultats cinétiques, de la modélisation moléculaire et des données structurales de la littérature, une étude structure-activité a été effectuée. En regardant quelles mutations ont les effets les plus significatif sur la liaison, nous avons commencé à construire un carte moléculaire des contacts impliqués dans la liaison des ligands. Enfin, des connaissances supplémentaires sur les propriétés spécifiques de liaison ont put être acquises en variant l’inhibiteur testé, permettant ainsi une meilleure compréhension du phénomène de discrimination du ligand.

La tagatose-1,6-bisphosphate aldolase et la fructose-1,6-bisphosphate aldolase de classe I : mécanisme et stéréospécificité

La tagatose-1,6-biphosphate aldolase de Streptococcus pyogenes est une aldolase qui fait preuve d'un remarquable manque de spécificité vis à vis de ses substrats. En effet, elle catalyse le clivage réversible du tagatose-1,6-bisphosphate (TBP), mais également du fructose-1,6-bisphosphate (FBP), du sorbose-1,6-bisphosphate et du psicose-1,6-bisphosphate, quatre stéréoisomères, en dihydroxyacétone phosphate (DHAP) et en glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P). Aldolase de classe I, qui donc catalyse sa réaction en formant un intermédiaire covalent obligatoire, ou base de Schiff, avec son susbtrat, la TBP aldolase de S. pyogenes partage 14 % d’identité avec l’enzyme modèle de cette famille, la FBP aldolase de muscle de mammifère. Bien que le mécanime catalytique de la FBP aldolase des mammifères ait été examiné en détails et qu’il soit approprié d’en tirer des renseignements quant à celui de la TBP aldolase, le manque singulier de stéréospécificité de cette dernière tant dans le sens du clivage que celui de la condensation n’est toujours pas éclairci. 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 des structures de l’enzyme native et mutée, en complexe avec des subtrats et des inhibiteurs compétitifs, à des résolutions comprises entre 1.8 Å et 2.5 Å. Le trempage des cristaux de TBP aldolase native et mutante dans une solution saturante de FBP ou TBP a en outre permis de piéger un authentique intermédiaire covalent lié à la Lys205, la lysine catalytique. La determination des profils pH de la TBP aldolase native et mutée, entreprise afin d'évaluer l’influence du pH sur la réaction de clivage du FBP et TBP et ìdentifier le(s) résidu(s) impliqué(s), en conjonction avec les données structurales apportées par la cristallographie, ont permis d’identifier sans équivoque Glu163 comme résidu responsable du clivage. En effet, le mode de liaison sensiblement différent des ligands utilisés selon la stéréochimie en leur C3 et C4 permet à Glu163, équivalent à Glu187 dans la FBP aldolase de classe I, d’abstraire le proton sur l’hydroxyle du C4 et ainsi d’amorcer le clivage du lien C3-C4. L’étude du mécanimse inverse, celui de la condensation, grâce par exemple à la structure de l’enzyme native en complexe avec ses substrats à trois carbones le DHAP et le G3P, a en outre permis d’identifier un isomérisme du substrat G3P comme possible cause de la synthèse des isomères en C4 par cette enzyme. Ce résultat, ainsi que la decouverte d’un possible isomérisme cis-trans autour du lien C2-C3 de la base de Schiff formée avec le DHAP, identifié précedemment, permet de cerner presque complètement les particularités du mécanisme de cette enzyme et d’expliquer comment elle est capable de synthétiser les quatres stéréoisomères 3(S/R), 4(S/R). De plus, la résolution de ces 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. Enfin, la résolution de la structure du mutant Lys229→Met de la FBP aldolase de muscle en complexe avec la forme cyclique du FBP, de même que des études cristallographiques sur le mutant équivalent Lys205→Met de la TBP aldolase de S. pyogenes et des expériences de calorimétrie ont permis d’identifier deux résidus particuliers, Ala31 et Asp33 chez la FBP aldolase, comme possible cause de la discrimination de cette enzyme contre les substrats 3(R) et 4(S), et ce par encombrement stérique des substrats cycliques. 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.

Role of cis-cis muconic acid in the catalysis of Pseudomonas putida chlorocatechol 1,2-dioxygenase

Chlorocatechol 1,2-dioxygenase (1,2-CCD) is a non-heme iron protein involved in the intradiol cleavage of aromatic compounds that are recalcitrant to biodegradation. In particular, 1,2-CCD catalyzes the conversion of catechol and its halogenated derivatives to cis-cis muconic acid. In this study we describe a series of experiments concerning the interaction of chlorocatechol 1,2-dioxygenase from Pseudomonas putida (Pp1,2-CCD) with cis-cis muconic acid. We used single-injection ITC to show that the reaction product inhibits enzyme kinetics. DSC and EPR measurements probed whether this was accomplished by a direct binding of the product to the enzyme active site. DSC shows that cis-cis muconic acid affects the thermal unfolding of the protein and allowed us to estimate a binding constant. Furthermore, EPR spectra of the Fe(III) center demonstrate that, upon product binding, a significant decrease in resonance intensity is observed, indicating that cis-cis muconic acid binds directly to the active site. Based on the increasing interest for understanding dioxygenases mechanism of action and, moreover, how to control such process, our data indicate that the product of the reaction does play a relevant role in the catalysis and should therefore be taken into account when one thinks about ways of regulating enzyme activity. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Functional shikimate dehydrogenase from Mycobacterium tuberculosis H37Rv: Purification and characterization

Tuberculosis (TB) poses a major worldwide public health problem. The increasing prevalence of TB, the emergence of multi-drug-resistant strains of Mycobacterium tuberculosis, the causative agent of TB, and the devastating effect of co-infection with HIV have highlighted the urgent need for the development of new antimycobacterial agents. Analysis of the complete genome sequence of M. tuberculosis shows the presence of genes involved in the aromatic amino acid biosynthetic pathway. Experimental evidence that this pathway is essential for M. tuberculosis has been reported. The genes and pathways that are essential for the growth of the microorganisms make them attractive drug targets since inhibiting their function may kill the bacilli. We have previously cloned and expressed in the soluble form the fourth shikimate pathway enzyme of the M. tuberculosis, the aroE-encoded shikimate dehydrogenase (mtSD). Here, we present the purification of active recombinant aroE-encoded M. tuberculosis shikimate dehydrogenase (mtSD) to homogeneity, N-terminal sequencing, mass spectrometry, assessment of the oligomeric state by gel filtration chromatography, determination of apparent steady-state kinetic parameters for both the forward and reverse directions, apparent equilibrium constant, thermal stability, and energy of activation for the enzyme-catalyzed chemical reaction. These results pave the way for structural and kinetic studies, which should aid in the rational design of mtSD inhibitors to be tested as antimycobacterial agents. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

ALLOSTERIC MODULATION BY ATP, CALCIUM AND MAGNESIUM-IONS OF RAT OSSEOUS PLATE ALKALINE-PHOSPHATASE

Alkaline phosphatase from rat osseous plate is allosterically modulated by ATP, calcium and magnesium at pH 7.5. At pH 9.4, the hydrolysis of ATP and PNPP follows Michaelis-Menten kinetics with K0.5 values of 154 muM and 42 muM, respectively. However, at pH 7.5 both substrates exhibit more complex saturation curves, while only ATP exhibited site-site interactions. Ca2+-ATP and Mg2+-ATP were effective substrates for the enzyme, while the specific activity of the enzyme for the hydrolysis of ATP at pH 7.5 was 800-900 U/mg and was independent of the ion species. ATP, but not PNPP, was hydrolyzed slowly in the absence of metal ions with a specific activity of 140 U/mg. These data demonstrate that in vitro and at pH 7.5 rat osseous plate alkaline phosphatase is an active calcium or magnesium-activated ATPase.

CHOLESTEROL MODULATION OF LIPID PROTEIN INTERACTIONS IN LIVER MICROSOMAL MEMBRANE - A SPIN LABEL STUDY

ESR spectra of spin probes were used to monitor lipid-protein interactions in native and cholesterol-enriched microsomal membranes. In both systems composite spectra were obtained, one characteristic of bulk bilayer organization and another due to a motionally restricted population, which was ascribed to lipids in a protein microenvironment. Computer spectral subtractions revealed that cholesterol modulates the order/mobility of both populations in opposite ways, i.e., while the lipid bilayer region gives rise to more anisotropic spectra upon cholesterol enrichment, the spectra of the motionally restricted population become indicative of increased mobility and/or decreased order. These events were evidenced by measurement of both effective order parameters and correlation times. The percentages of the motionally restricted component were invariant in native and cholesterol-enriched microsomes. Variable temperature studies also indicated a lack of variation of the percentages of both spectral components, suggesting that the motionally restricted one was not due to protein aggregation. The results correlate well with the effect of cholesterol enrichment on membrane-bound enzyme kinetics and on the behavior of fluorescent probes [Castuma & Brenner (1986) Biochemistry 25, 4733-4738]. Several hypothesis are put forward to explain the molecular mechanism of the cholesterol-induced spectral changes.

Bayesian L-optimal exact design of experiments for biological kinetic models

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