A Modified phosphate-carrier protein theory is proposed as a non-target site mechanism For glyphosate resistance in weeds

Glyphosate is an herbicide that inhibits the enzyme 5-enolpyruvyl-shikimate-3-phosphate synthase (EPSPs) (EC 2.5.1.19). EPSPs is the sixth enzyme of the shikimate pathway, by which plants synthesize the aromatic amino acids phenylalanine, tyrosine, and tryptophan and many compounds used in secondary metabolism pathways. About fifteen years ago it was hypothesized that it was unlikely weeds would evolve resistance to this herbicide because of the limited degree of glyphosate metabolism observed in plants, the low resistance level attained to EPSPs gene overexpression, and because of the lower fitness in plants with an altered EPSPs enzyme. However, today 20 weed species have been described with glyphosate resistant biotypes that are found in all five continents of the world and exploit several different resistant mechanisms. The survival and adaptation of these glyphosate resistant weeds are related toresistance mechanisms that occur in plants selected through the intense selection pressure from repeated and exclusive use of glyphosate as the only control measure. In this paper the physiological, biochemical, and genetic basis of glyphosate resistance mechanisms in weed species are reviewed and a novel and innovative theory that integrates all the mechanisms of non-target site glyphosate resistance in plants is presented.

Inhibition of carbachol-induced inositol phosphate accumulation in the embryonic retina promoted by kainate and veratridine

In the present study, we report that low concentrations of the glutamate ionotropic agonist kainate decreased the turnover of [3H]-phosphoinositides ([3H]-InsPs) induced by muscarinic receptors in the chick embryonic retina. When 100 µM carbachol was used, the estimated IC50 value for kainate was 0.2 µM and the maximal inhibition of ~50% was obtained with 1 µM or higher concentrations of the glutamatergic agonist. Our data also show that veratridine, a neurotoxin that increases the permeability of voltage-sensitive sodium channels, had no effect on [3H]-InsPs levels of the embryonic retina. However, 50 µM veratridine, but not 50 mM KCl, inhibited ~65% of the retinal response to carbachol. While carbachol increased [3H]-InsPs levels from 241.2 ± 38.0 to 2044.5 ± 299.9 cpm/mg protein, retinal response decreased to 861.6 ± 113.9 cpm/mg protein when tissues were incubated with carbachol plus veratridine. These results suggest that the accumulation of phosphoinositides induced by activation of muscarinic receptors can be inhibited by the influx of Na+ ions triggered by activation of kainate receptors or opening of voltage-sensitive sodium channels in the chick embryonic retina.

Erythrocyte glucose-6-phosphate dehydrogenase activity assay and affinity for its substrate under "physiological" conditions

Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) activity and the affinity for its substrate glucose-6-phosphate were investigated under conditions similar to the physiological environment in terms of ionic strength (I: 0.188), cation concentration, pH 7.34, and temperature (37oC). A 12.4, 10.4 and 21.4% decrease was observed in G6PD B, G6PD A+ and G6PD A- activities, respectively. A Km increase of 95.1, 94.4 and 95.4% was observed in G6PD B, G6PD A+ and G6PD A-, respectively, leading to a marked decrease in affinity. In conclusion, the observation of the reduced activity and affinity for its natural substrate reflects the actual pentose pathway rate. It also suggests a much lower NADPH generation, which is crucial mostly in G6PD-deficient individuals, whose NADPH availability is poor.

Erythrocyte glucose-6-phosphate dehydrogenase from Brazilian opossum Didelphis marsupialis

In a comparative study of erythrocyte metabolism of vertebrates, the specific activity of glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD) of the Brazilian opossum Didelphis marsupialis in a hemolysate was shown to be high, 207 ± 38 IU g-1 Hb-1 min-1 at 37ºC, compared to the human erythrocyte activity of 12 ± 2 IU g-1 Hb-1 min-1 at 37ºC. The apparent high specific activity of the mixture led us to investigate the physicochemical properties of the opossum enzyme. We report that reduced glutathione (GSH) in the erythrocytes was only 50% higher than in human erythrocytes, a value lower than expected from the high G6PD activity since GSH is maintained in a reduced state by G6PD activity. The molecular mass, determined by G-200 Sephadex column chromatography at pH 8.0, was 265 kDa, which is essentially the same as that of human G6PD (260 kDa). The Michaelis-Menten constants (Km: 55 µM) for glucose-6-phosphate and nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (Km: 3.3 µM) were similar to those of the human enzyme (Km: 50-70 and Km: 2.9-4.4, respectively). A 450-fold purification of the opossum enzyme was achieved and the specific activity of the purified enzyme, 90 IU/mg protein, was actually lower than the 150 IU/mg protein observed for human G6PD. We conclude that G6PD after purification from the hemolysate of D. marsupialis does not have a high specific activity. Thus, it is quite probable that the red cell hyperactivity reported may be explained by increased synthesis of G6PD molecules per unit of hemoglobin or to reduced inactivation in the RBC hemolysate.

Probing the SERCA1a sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase phosphorylation-site mutant D351E with inorganic phosphate

The expression of sarcoplasmic reticulum SERCA1a Ca2+-ATPase wild-type and D351E mutants was optimized in yeast under the control of a galactose promoter. Fully active wild-type enzyme was recovered in yeast microsomal membrane fractions in sufficient amounts to permit a rapid and practical assay of ATP hydrolysis and phosphoenzyme formation from ATP or Pi. Mutant and wild-type Ca2+-ATPase were assayed for phosphorylation by Pi under conditions that are known to facilitate this reaction in the wild-type enzyme, including pH 6.0 or 7.0 at 25ºC in the presence of dimethylsulfoxide. Although glutamyl (E) and aspartyl (D) residue side chains differ by only one methylene group, no phosphoenzyme could be detected in the D351E mutant, even upon the addition of 40% dimethylsulfoxide and 1 mM 32Pi in the presence of 10 mM EGTA and 5 mM MgCl2. These results show that in the D351E mutant, increasing hydrophobicity of the site with inorganic solvent was not a sufficient factor for the required abstraction of water in the reaction of E351 with Pi to form a glutamylphosphate (P-E351) phosphoenzyme moiety. Mutation D351E may disrupt the proposed alignment of the reactive water molecule with the aspartylphosphate (P-D351) moiety in the phosphorylation site, which may be an essential alignment both in the forward reaction (hydrolysis of aspartylphosphate) and in the reverse reaction (abstraction of water upon formation of an aspartylphosphate intermediate).

In vitro modulation of alkaline phosphatase activity of Saccharomyces cerevisiae grown in low or high phosphate medium

Our objective was to characterize the modulation of the activity of Saccharomyces cerevisiae alkaline phosphatases (ALPs) by classic inhibitors of ALP activity, cholesterol and steroid hormones, in order to identify catalytic similarities between yeast and mammalian ALPs. S. cerevisiae expresses two ALPs, coded for by the PHO8 and PHO13 genes. The product of the PHO8 gene is repressible by Pi in the medium. ALP activity from yeast (grown in low or high phosphate medium) homogenates was determined with p-nitrophenylphosphate as substrate, pH 10.4 (lPiALP or hPiALP, respectively). Activation of hPiALP was observed with 5 mM L-amino acids (L-homoarginine _ 186%, L-leucine _ 155% and L-phenylalanine - 168%) and with 1 mM levamisole (122%; percentage values, in comparison to control, of recovered activity). EDTA (5 mM) and vanadate (1 mM) distinctly inhibited hPiALP (2 and 20%, respectively). L-homoarginine (5 mM) had a lower activating effect on lPiALP (166%) and was the strongest hPiALP activator. Corticosterone (5 mM) inhibited hPiALP to 90%, but no effect was observed in low phosphate medium. Cholesterol, ß-estradiol and progesterone also had different effects on lPiALP and hPiALP. A concentration-dependent activation of lPiALP minus hPiALP was evident with all three compounds, most especially with ß-estradiol and cholesterol. These results do not allow us to identify similarities of the behavior of S. cerevisiae ALPs and any of the mammalian ALPs but allow us to raise the hypothesis of differential regulation of S. cerevisiae ALPs by L-homoarginine, ß-estradiol and cholesterol and of using these compounds to discriminate between S. cerevisiae lPiALP and hPiALP.

Effects of sciatic nerve transection on ultrastructure, NADPH-diaphorase reaction and serotonin-, tyrosine hydroxylase-, c-Fos-, glucose transporter 1- and 3-like immunoreactivities in frog dorsal root ganglion

Frogs have been used as an alternative model to study pain mechanisms. Since we did not find any reports on the effects of sciatic nerve transection (SNT) on the ultrastructure and pattern of metabolic substances in frog dorsal root ganglion (DRG) cells, in the present study, 18 adult male frogs (Rana catesbeiana) were divided into three experimental groups: naive (frogs not subjected to surgical manipulation), sham (frogs in which all surgical procedures to expose the sciatic nerve were used except transection of the nerve), and SNT (frogs in which the sciatic nerve was exposed and transected). After 3 days, the bilateral DRG of the sciatic nerve was collected and used for transmission electron microscopy. Immunohistochemistry was used to detect reactivity for glucose transporter (Glut) types 1 and 3, tyrosine hydroxylase, serotonin and c-Fos, as well as nicotinamide adenine dinucleotide phosphate diaphorase (NADPH-diaphorase). SNT induced more mitochondria with vacuolation in neurons, satellite glial cells (SGCs) with more cytoplasmic extensions emerging from cell bodies, as well as more ribosomes, rough endoplasmic reticulum, intermediate filaments and mitochondria. c-Fos immunoreactivity was found in neuronal nuclei. More neurons and SGCs surrounded by tyrosine hydroxylase-like immunoreactivity were found. No change occurred in serotonin- and Glut1- and Glut3-like immunoreactivity. NADPH-diaphorase occurred in more neurons and SGCs. No sign of SGC proliferation was observed. Since the changes of frog DRG in response to nerve injury are similar to those of mammals, frogs should be a valid experimental model for the study of the effects of SNT, a condition that still has many unanswered questions.

Effect of preparation practices and the cowpea cultivar Vigna unguiculata L.Walp on the quality and content of myo-inositol phosphate in akara (fried bean paste)

Akara is one of Brazil's national treasures prepared from cowpea (Vigna unguiculata L.Walp), grated onions and salt and deep-fried in crude palm oil. The results of this study on akara preparation methods showed that, in general, cowpeas were soaked for up 3 hours at room temperature, and the seed coats were then removed. The akara makers preferred the olho de pombo cultivar, because of its cream hue, or the macassar cultivar because it produces a crispier paste. The seeds purchased from street markets had lower ranges of InsP6, InsP5, and InsP4 (1.03-7.62 ∝mol.g- 1; 0.14-1.31 ∝mol.g- 1; and 0.0-0.10 ∝mol.g- 1, respectively) than both the paste and akara (6.72-19.24 ∝mol.g- 1; 1.29-4.57 ∝mol.g- 1; 0.0-0.76 ∝mol.g- 1; 3.31-13.71 ∝mol.g- 1; 0.0-4.48 ∝mol.g- 1; and 0.0-1.32 ∝mol.g- 1). These results suggest that other beans or cowpea varieties have been used in the preparation of akara and that the phytate levels do not affect its nutritional quality.

Étude du rôle spécifique du système à deux composantes PhoBR et du système Pst (phosphate specific transport) dans la virulence d’une souche pathogène aviaire de Escherichia coli (APEC)

Les souches d’Escherichia coli pathogènes aviaires (APEC) sont responsables d’infections respiratoires et de septicémies chez la volaille. Le régulon Pho est contrôlé conjointement par le système à deux composantes PhoBR et par le système de transport spécifique du phosphate (Pst). Afin de déterminer l’implication de PhoBR et du système Pst dans la pathogenèse de la souche APEC O78 χ7122, différentes souche mutantes phoBR et pst ont été testées pour divers traits de virulence in vivo et in vitro. Les mutations menant à l’activation constitutive du régulon Pho rendaient les souches plus sensibles au peroxyde d’hydrogène et au sérum de lapin comparativement à la souche sauvage. De plus, l’expression des fimbriae de type 1 était affectée chez ces souches. L’ensemble des mutants Pho-constitutifs étaient aussi significativement moins virulents que la souche sauvage dans un modèle de coinfection de poulet, incluant les souches avec un système Pst fonctionnel. De plus, l’inactivation du régulateur PhoB chez un mutant Pst restaure la virulence. Par ailleurs, l’inactivation de PhoB n’affecte pas la virulence de la souche χ7122 dans notre modèle. De manière intéressante, le degré d’atténuation des souches mutantes corrèle directement avec le niveau d’activation du régulon Pho. Globalement, les résultats indiquent que l’activation du régulon Pho plutôt que le transport du phosphate via le système Pst joue un rôle majeur dans l’atténuation des APEC.

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.

Étude structure-fonction des fructose-1,6-bisphosphate aldolases métallo-dépendantes : mécanisme catalytique et développement d’antimicrobiens

Les fructose-1,6-bisphosphate aldolases (FBPA) sont des enzymes glycolytiques (EC 4.1.2.13) qui catalysent la transformation réversible du fructose-1,6-bisphosphate (FBP) en deux trioses-phosphates, le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et le dihydroxyacétone phosphate (DHAP). Il existe deux classes de FBPA qui diffèrent au niveau de leur mécanisme catalytique. Les classes I passent par la formation d’un intermédiaire covalent de type iminium alors que les classes II, métallodépendantes, utilisent généralement un zinc catalytique. Contrairement au mécanisme des classes I qui a été très étudié, de nombreuses interrogations subsistent au sujet de celui des classes II. Nous avons donc entrepris une analyse détaillée de leur mécanisme réactionnel en nous basant principalement sur la résolution de structures cristallographiques. De nombreux complexes à haute résolution furent obtenus et ont permis de détailler le rôle de plusieurs résidus du site actif de l’enzyme. Nous avons ainsi corrigé l’identification du résidu responsable de l’abstraction du proton de l’O4 du FBP, une étape cruciale du mécanisme. Ce rôle, faussement attribué à l’Asp82 (chez Helicobacter pylori), est en fait rempli par l’His180, un des résidus coordonant le zinc. L’Asp82 n’en demeure pas moins essentiel car il oriente, active et stabilise les substrats. Enfin, notre étude met en évidence le caractère dynamique de notre enzyme dont la catalyse nécessite la relocalisation du zinc et de nombreux résidus. La dynamique de la protéine ne permet pas d’étudier tous les aspects du mécanisme uniquement par l’approche cristallographique. En particulier, le résidu effectuant le transfert stéréospécifique du proton pro(S) sur le carbone 3 (C3) du DHAP est situé sur une boucle qui n’est visible dans aucune de nos structures. Nous avons donc développé un protocole de dynamique moléculaire afin d’étudier sa dynamique. Validé par l’étude d’inhibiteurs de la classe I, l’application de notre protocole aux FBPA de classe II a confirmé l’identification du résidu responsable de cette abstraction chez Escherichia coli (Glu182) mais pointe vers un résidu diffèrent chez H. pylori (Glu149 au lieu de Glu142). Nos validations expérimentales confirment ces observations et seront consolidées dans le futur. Les FBPA de classe II sont absentes du protéome humain mais sont retrouvées chez de nombreux pathogènes, pouvant même s'y révéler essentielles. Elles apparaissent donc comme étant une cible idéale pour le développement de nouveaux agents anti-microbiens. L’obtention de nouveaux analogues des substrats pour ces enzymes a donc un double intérêt, obtenir de nouveaux outils d’étude du mécanisme mais aussi développer des molécules à visée pharmacologique. En collaboration avec un groupe de chimistes, nous avons optimisé le seul inhibiteur connu des FBPA de classe II. Les composés obtenus, à la fois plus spécifiques et plus puissants, permettent d’envisager une utilisation pharmacologique. En somme, c’est par l’utilisation de techniques complémentaires que de nouveaux détails moléculaires de la catalyse des FBPA de classe II ont pu être étudiés. Ces techniques permettront d’approfondir la compréhension fine du mécanisme catalytique de l’enzyme et offrent aussi de nouvelles perspectives thérapeutiques.

Carboxydothermus hydrogenoformans comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène simultanément a la minéralisation de calcium et phosphate

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours.

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.

Electrical conductivity, dielectric constant and phase transitions in pure and doped diammonium hydrogen phosphate

DC and AC electrical conductivity measurements in single crystals of diammonium hydrogen phosphate along the c axis show anomalous variations at 174, 246 and 416 K. The low-frequency dielectric constant also exhibits peaks exactly at these temperatures with a thermal hysteresis of 13 degrees C for the peak at 416 K. These specific features of the electrical properties are in agreement with earlier NMR second-moment data and can be identified with three distinct phase transitions that occur in the crystal. The electrical conductivity values have been found to increase linearly with impurity concentration in specimens doped with a specific amount of SO42- ions. The mechanisms of the phase transition and of the electrical conduction process are discussed in detail.

High‐temperature phase transitions in pure and deuterated ammonium dihydrogen phosphate: Conductivity and dielectric measurements

Results of axiswise measurements of the electrical conductivity (dc and ac) and dielectric constant of NH4H2PO4 confirm the occurrence of the recently suggested high‐temperature phase transition in this crystal (at 133 °C). The corresponding transition in ND4D2PO4 observed here for the first time takes place at 141.5 °C. The mechanism involved in these transitions and those associated with the electrical conduction and dielectric anomalies are explained on the basis of the motional effects of the ammonium ions in these crystals. Conductivity values for deuterated crystals give direct evidence for the predominance of protonic conduction throughout the entire range of temperatures studied (30–260 °C).