Metal complexes involving pyridoxine and pyridoxamine

Solid complexes of pyridoxine with Mn(II) , Cd(II) and Zn(II) have been isolated, as well as compounds containing Cu(II), Ni(II), Co(III), Cd(II) and Zn(II), and pyridoxamine in various protonated forms. Infrared spectra provide evidence for protonation at the pyridine nitrogen site in the complexes, but not in the neutral vitamins and the complexes of anionic pyridoxamine. Thus the complexed vitamins are in zwitterionic forms, with chelation probably occurring through the phenolate oxygen and either the amino or the hydroxy group at the 4' position.

NMR studies of strong hydrogen bond to fluoride ion

Systems such as MF/diol (M = alkali metal) and }1F/carboxylic acid were subjected to IH, I9F and 13C nmr study to investigate the nature of the very strong H-bonding of fluoride ions with these systems. Evidence indicates a strong H-bond in diol-fluoride systems (~H ~ -(56) kJ mol-I) which is stronger than most 'typical' H-bonds (~H = -(12-40) kJ mol-I), but weaker than that reported for carboxylic acid-fluoride systems (~H ~ -(120) kJ mol-I). Approximate fluoride H-bonded shifts (o(OH)OHF) were evaluated for MF/diol systems from IH chemical shift measurements. No direct correlation was observed between I9F chemical shift and H-bond strength. Thermodynamic parameters were calculated from temperature dependent IH and 19F shifts. Preliminary studies of BUn 4NF-acetylacetone by I9F nmr were conducted at low temperatures and a possible Jmax (ca. 400 Hz) is reported for the fluoride ion H-bonded to acetylacetone. Highfield shift for non-protonated carbons and downfield shift for protonated carbons were observed in carboxylic acid/KF systems. Significant decreas$in I3C TI due to strong H-bonding to fluoride ions were also detected in both diol and carboxylic acid systems. Anomalous results were obtained, such as increasing NOE with increasing temperature in neat 1,2-ethanediol (values above the theoretical maximum of 1.988) and in 1,2-ethanediol/KF. The large 13C NOE's for carboxy carbons in neat carboxylic acids which are. further enhanced by the addition of KF are also unusual.

Palladium and platinum complexes of vitamin Bâ

Palladium and platinum complexes of pyridoxamine, pyridoxine and pyridoxal have been prepared. The structures of the complexes PtCI2PM.H20, trans-PdC12 (PN)2 and [PLH+ ]2[PtC16] 2- ,H20 have been determined by use of single crystal x-ray studies. The compounds PdC12PH, trans-PdC12 (PN) 2 , cis-PdCI2 (PN)2 and cis PdC12 (PL)2 were also studied by use of carbon-13 nmr spectroscopy. All the complexes have also been characterised by use of infrared spectral studies. In the complexes, PtCI2PM.H20 and PdC12PM, the ligand pyridoxamine is chela ted to the metal through the aminomethyl nitrogen and the phenolate oxygen atoms whereas in the complexes, trans-PdCI2 (PN)2' cis-PdCI2 (PN)2 and cis-PdC12 (PL)2 the vitamin B6 ligands are coordinated to the metal through the pyridine ring nitrogen. The compounds [PLH+ ]2[PtCI6] 2- .H20 and [PMH2] 2+ [PdCI4] 2- .H20have no direct metal-ligand bonding, In all the complexes, the metal maintains a square planar coordination except in [PLH +] 2[PtCI6] 2- ,H20 where the metal is octahedrally coordinated. PH pyridoxamine [PMH ] 2+ = diprotonated pyridoxamine 2 PN = pyridoxine PL pyridoxal PLH+ protonated pyridoxal

ESI-MS[n] of anticancer pt[iv] organoamido complexes and their interactions with DNA-model compounds /

The general solution behaviour and" the major fragmentation pathways of the anticanceractive PtIV coordination complexes, trans, trans, cis, cis-[PtCIOH{N(pFC6F4) CH2h(pY)2] (1), trans, cis, cis-[Pt(OH)2{N(p-FC6F4)CH2h(Py)2] (2), trans, cis, cis-[Pt(OH)2{N(p-HC6F4)CH2h(Py)2] (3), trans, trans, cis, cis-[PtCIOH{N(pHC6F4) CH2h(Py)2] (4), and trans, trans, cis, cis-[PtOH(OCH3){N(p-HC6F4)CH2h(PY)2] (5) (Py = pyridine) have been deduced by positive-ion tandem-in-time ESI-MS. Overall, the acquired full-scan, positive-ion ESI-MS spectra of 2, 3, and 5 were characterized by the presence of relatively low-intensity [M+Nar and [M+Kt mass spectral peaks, whereas those of 1 and 4 were dominated by extremely intense [M+Hr peaks. Complexes 2 and 3 were also noted to form [2M+Ht and [2M+Nat dilneric cations. The source of Na + and K+ ions is believed to be the sample, the solvent systems used or the transport line carrying the sample solutions into the ES ion source. Further, the fragmentation pathway of all complexes studied was found to be almost identical with concurrent loss of py and H20 molecules, loss of a {N(p-YC6F4)CH2} (Y = F, H) group and/or concomitant release of the latter group and a py ligand being the most conunon. The photochemical degradation behaviour of 1 and 2 was also investigated using either fluorescent or ultraviolet light and some products of that degradation were positively identified. Altogether, light irradiation of solutions of both complexes resulted in cation cationisation, reductive-elimination, ligand-release, ligand-exchange and ligand-addition reactions. Finally, positive- and negative-ion ESI-MSn spectra of 5' -GMP, guanosine, inosine and products of their reactions with 1, 2,3, and 4 were also recorded. On the whole, full-scan ESI-MS spectra of the pure nucleobases revealed the presence of cationic and anionic species that are highly reflective of both their solution ionic composition and their propensity t9 form polymeric clusters. Analyses of mass spectra acquired from their reaction solutions with the aforementioned platinum complexes indicated very slow kinetics. However, all complexes investigated formed, to various degrees, Pt-nucleobase adducts with guanosine and inosine, but not with 5'-GMP. The products included species having coordination numbers of III, IV, V, and VI, among which the first-time· observed, coordinatively saturated, jive-coordinate PtlI-nucleobase complexes were of most interest. The latter complexes are presumably stabilized by 7tback- donation involving the filled d orbitals of the PtII centre and the empty pz· orbital of MeCN. All products, whose peaks appeared inlull-scan ESI-MS spectra, are believed to represent solution species rather than artifacts of gas-phase processes. Finally, negativeion ESI-MSn spectra recorded in reaction solutions of 1 and 4 with guanosine and of the latter complex with inosine revealed the negative-ion-ESI-MS first-time observed, noncovalent, nucleoside-chloride adducts, with the source of chloride anion being complexes 1 and 4 theillselves. In contrast, no such adducts were observed to form with Na25'-GMP or its protonated fonn. Few suggestions are offered for the possible cause(s) behind the absence of such adduct ions.

Elucidation of a mechanism of cell lysis by chorhexidine : a biophysical approach

Chlorhexidine is an effective antiseptic used widely in disinfecting products (hand soap), oral products (mouthwash), and is known to have potential applications in the textile industry. Chlorhexidine has been studied extensively through a biological and biochemical lens, showing evidence that it attacks the semipermeable membrane in bacterial cells. Although extremely lethal to bacterial cells, the present understanding of the exact mode of action of chlorhexidine is incomplete. A biophysical approach has been taken to investigate the potential location of chlorhexidine in the lipid bilayer. Deuterium nuclear magnetic resonance was used to characterize the molecular arrangement of mixed phospholipid/drug formulations. Powder spectra were analyzed using the de-Pake-ing technique, a method capable of extracting both the orientation distribution and the anisotropy distribution functions simultaneously. The results from samples of protonated phospholipids mixed with deuterium-labelled chlorhexidine are compared to those from samples of deuterated phospholipids and protonated chlorhexidine to determine its location in the lipid bilayer. A series of neutron scattering experiments were also conducted to study the biophysical interaction of chlorhexidine with a model phospholipid membrane of DMPC, a common saturated lipid found in bacterial cell membranes. The results found the hexamethylene linker to be located at the depth of the glycerol/phosphate region of the lipid bilayer. As drug concentration was increased in samples, a dramatic decrease in bilayer thickness was observed. Differential scanning calorimetry experiments have revealed a depression of the DMPC bilayer gel-to-lamellar phase transition temperature with an increasing drug concentration. The enthalpy of the transition remained the same for all drug concentrations, indicating a strictly drug/headgroup interaction, thus supporting the proposed location of chlorhexidine. In combination, these results lead to the hypothesis that the drug is folded approximately in half on its hexamethylene linker, with the hydrophobic linker at the depth of the glycerol/phosphate region of the lipid bilayer and the hydrophilic chlorophenyl groups located at the lipid headgroup. This arrangement seems to suggest that the drug molecule acts as a wedge to disrupt the bilayer. In vivo, this should make the cell membrane leaky, which is in agreement with a wide range of bacteriological observations.

Le monde à l'envers : analyse de la structure du trafic transnational de drogues illicites

La thèse vise à analyser la structure des échanges transnationaux de cocaïne, d’héroïne et de marijuana. Partant de la perspective des systèmes-mondes, l’hypothèse que le trafic de drogues forme un système inverse au commerce légal est développée. Les outils de l’analyse de réseaux sont appliqués aux échanges de drogues entre pays. La thèse s’appuie sur deux sources de données complémentaires. La première est une banque d’informations uniques compilées par l’United Nations Office on Drugs and Crime (UNODC) sur les saisies d’importance effectuées dans le monde entre 1998 et 2007 (n = 47629). Ces données sont complétées par les informations contenues dans une dizaine de rapports publiés par des organismes internationaux de surveillance du trafic de drogues. Les réseaux d’échanges dirigés construits à partir de ces données permettent d’examiner l’étendue du trafic entre la plupart des pays du monde et de qualifier leur implication individuelle. Les chapitres 3 et 4 portent sur la structure du trafic elle-même. Dans un premier temps, les différents rôles joués par les pays et les caractéristiques des trois marchés de drogues sont comparés. Les quantités en circulation et les taux d’interception sont estimés pour les 16 régions géographiques définies par l’UNODC. Dans un deuxième temps, leurs caractéristiques structurelles sont comparées à celles des marchés légaux. Il en ressort que les marchés de drogues sont beaucoup moins denses et que les pays périphériques y jouent un rôle plus prononcé. L’inégalité des échanges caractérise les deux économies, mais leurs structures sont inversées. Le chapitre 5 propose une analyse de la principale source de risque pour les trafiquants, les saisies de drogues. Les données compilées permettent de démontrer que les saisies policières de drogues agrégées au niveau des pays sont principalement indicatrices du volume de trafic. L’éventuel biais lié aux pressions policières est négligeable pour les quantités saisies, mais plus prononcé pour le nombre de saisies. Les organismes de contrôle seraient donc plus à même de moduler leurs activités que les retombées éventuelles. Les résultats suggèrent aussi que les trafiquants adoptent des stratégies diverses pour limiter les pertes liées aux saisies. Le chapitre 6 s’attarde à l’impact de la structure sur le prix et la valeur des drogues. Le prix de gros varie considérablement d’un pays à l’autre et d’une drogue à l’autre. Ces variations s’expliquent par les contraintes auxquelles font face les trafiquants dans le cadre de leurs activités. D’une part, la valeur des drogues augmente plus rapidement lorsqu’elles sont destinées à des pays où les risques et les coûts d’importation sont élevés. D’autre part, la majoration des prix est plus prononcée lorsque les échanges sont dirigés vers des pays du cœur de l’économie légale. De nouveau, les rôles sont inversés : les pays généralement avantagés dépendent des plus désavantagés, et les pays pauvres en profitent pour exploiter les riches.

L’influence de la vitesse d’administration de la cocaïne sur la consommation et motivation pour celle-ci, et l’influence d’un traitement antipsychotique sur la récompense conditionnée

Beaucoup de personnes consomment des drogues d’abus de façon récréative ou expérimentale dans leur vie, mais peu d’entre elles développent une toxicomanie. Nous avons exploré, chez le rat, deux facteurs impliqués dans la transition vers la toxicomanie, soit la vitesse à laquelle la drogue parvient au cerveau et le fait d’être sous traitement antipsychotique. Dans une première étude, notre objectif était de déterminer si augmenter la vitesse de livraison de la cocaïne (0.5 mg/kg) par auto-administration intraveineuse (i.v.; livrée en 5 secondes dans un groupe versus 90 secondes dans l’autre) mènerait à une plus grande consommation de celle-ci lors d’un accès prolongé (6 h/j versus 1 h/j), et à une plus grande motivation à obtenir la drogue telle que mesurée sous un ratio de renforcement progressif à une vitesse différente (10 secondes). Nous avons trouvé que le groupe 5 s consommait plus de cocaïne que le groupe 90 s en accès prolongé, mais aussi en accès limité. Cependant, la motivation des deux groupes était la même à la vitesse de 10 s, ainsi qu’à leurs vitesses initiales. Nous pensons que ceci peut être dû à une forme de plasticité du système méso-cortico-limbique survenue suite à l’auto-administration en accès prolongé en conjonction avec l’augmentation de consommation, chez les deux groupes, rendant impossible une distinction de leur motivation. Dans une deuxième série d’études nous avons émis l’hypothèse que l’antipsychotique typique, halopéridol (HAL, 0.5 mg/kg/j), et non l’atypique, aripiprazole (ARI, 1 mg/kg/j), un modulateur dopaminergique, induirait une augmentation de la poursuite de récompense conditionnée (RC) et de la locomotion (LOCO) en réponse à l’amphétamine (AMPH). Cependant, nous avons trouvé une augmentation chez le groupe HAL, mais non ARI, de la réponse RC, trois semaines, mais non une semaine post traitement, ainsi qu’une augmentation de la LOCO, chez le groupe HAL, mais non ARI, une semaine mais non trois semaines post traitement. L’incohérence des résultats entre les deux tests (RC et LOCO) rend leur interprétation difficile. Ces études restent à être explorées d’avantage afin de pouvoir en tirer des conclusions plus éclairées quant à l’impact de la vitesse d’administration de la cocaïne et du traitement antipsychotique sur le développement d’une toxicomanie.

Augmenter la vitesse d’injection de la cocaïne favorise l’apparition de comportements de consommation caractéristiques de la toxicomanie

Nombreux individus vont expérimenter avec les drogues d’abus, mais peu vont devenir toxicomanes. Plusieurs facteurs sont impliqués dans la transition d’un usage récréatif à l’addiction. Les drogues, les conditionnements et les voies d’administration qui mènent à l’augmentation rapide du taux drogue dans le cerveau favorisent cette évolution. La raison est méconnue. Nous avons émis l’hypothèse que l’injection rapide de drogue promeut des changements dans le cerveau qui mènent à l’augmentation de la consommation et de la motivation à obtenir la drogue. Nous avons comparé la consommation lors de conditions à ratio fixe (FR) et à ratio progressif (PR) chez des rats s’auto-administrant la cocaïne administrée par voie intraveineuse (i.v.) en 5 ou 90 secondes (s). Tous les rats ont été entrainés à peser sur un levier afin de s’auto administrer des injections de cocaïne de 0.25 ou 0.5 mg/kg par voie intraveineuse injectée en 5 s sous FR avant d’être divisés en groupes s’auto administrant la cocaïne injectée en 5 ou 90 s pendant 1 heure (h)/session. Pour étudier les différences potentielles en consommation, l’accès à la cocaïne à été augmenté à 6 h/session. Les différences en motivation ont été détectées par l’auto administration de la cocaïne sous PR en fonction de la dose et de la vitesse d’infusion. L’accès à la drogue pendant 1 h/session n’a pas influencé la consommation. Lorsque l’accès a été prolongé à 6 h, tous les animaux ont augmenté leur consommation, mais l’augmentation était plus prononcée chez les rats s’injectant la cocaïne en 5 s. De plus, la vitesse d’injection a influencé la motivation pour obtenir la drogue. Lors de conditions à PR, la courbe dose-réponse pour le nombre d’infusions prises a été déplacée vers le haut pour les rats s’auto administrant des injections de cocaïne en 5 s versus 90 s. De plus, des différences qualitatives on été observées en PR. La consommation de cocaïne des rats s’injectant des infusions en 5 s était dépendante de la dose, tandis que les rats s’auto administrant la drogue en 90 s ont pris la même quantité de drogue, peu importe la dose. Finalement, les rats s’auto administrant des infusions de cocaïne 0.5 mg/kg en 5 s ont consommé plus de cocaïne que les rats prenant des infusions en 90 s, peu importe si elle était injectée en 5 ou 90 s le jour du test. Ainsi, nos résultats montrent que l’injection rapide de drogue dans le cerveau mène à l’augmentation de la consommation et de la motivation pour obtenir la cocaïne, deux symptômes qui caractérisent la toxicomanie.

Augmenter la vitesse d'administration de la cocaïne facilite le développement d'une motivation exacerbée pour la drogue ne pouvant pas être expliquée uniquement par la quantité de drogue consommée ou l'étendue de l'entraînement opérant.

Les voies d'administration qui provoquent une entrée rapide de la drogue au cerveau sont connues pour faciliter le développement de la toxicomanie. Les études animales modélisant cet effet ont montré que des rats, qui ont un accès prolongé à des injections intraveineuses rapides de cocaïne (injectée en 5 ou 90 secondes), s'autoadministrent plus de drogue, ont un entraînement opérant plus élevé et sont subséquemment plus motivés à obtenir la cocaïne. La question est maintenant de savoir comment l'autoadministration de cocaïne injectée rapidement promeut une augmentation de la motivation à obtenir de la cocaïne. Cette motivation exagérée pourrait être une conséquence de l'exposition prolongée à de larges quantités de cocaïne et/ou de l'effet persistant d'un entraînement opérant extensif. De plus, on sait qu'augmenter la vitesse d'administration de la cocaïne modifie les circuits de la récompense et de la motivation. Ainsi, ceci pourrait promouvoir la motivation excessive pour la drogue. Nous avons cherché à déterminer l'influence de l'exposition à la drogue et de l'entraînement opérant sur le développement d'une motivation exacerbée pour la drogue. Les rats se sont autoadministrés de la cocaïne injectée en 5 ou 90 secondes (s) durant un accès limité (1h/session) ou prolongé (6h/session) avec un ratio fixe. La motivation pour la cocaïne a par la suite été évaluée à l'aide d'un ratio progressif (PR). Les rats ayant reçu la drogue injectée en 5 s durant l'accès prolongé (par rapport au groupe 90 secondes) ont pris plus de drogue et eu un entraînement opérant plus extensif alors qu'il n'y avait pas de différences dans la consommation et le niveau d'entraînement opérant entre les groupes ayant subit un accès limité uniquement. Les rats ayant consommé la drogue injectée en 5s, indépendamment du temps d'accès, ont toujours exprimé une motivation plus grande pour la drogue en PR. La quantité de cocaïne consommée ou l'ampleur de l'entraînement opérant ont été positivement corrélés avec la consommation de cocaïne en PR dans certains groupes. Par contre, le groupe qui a eu un accès prolongé aux injections rapides a montré une augmentation dans sa motivation à s'autoadministrer de la drogue qui n'était prédite ni par la quantité de cocaïne consommée ni par l'étendue de l'entraînement opérant. Ces résultats suggèrent que des injections rapide de cocaïne pourraient faciliter la toxicomanie en favorisant entre autre des modifications neurobiologiques qui mènent à une motivation pathologique pour la drogue.

How fast and how often: the pharmacokinetics of drug use are decisive in addiction

How much, how often and how fast a drug reaches the brain determine the behavioural and neuroplastic changes associated with the addiction process. Despite the critical nature of these variables, the drug addiction field often ignores pharmacokinetic issues, which we argue can lead to false conclusions. First, we review the clinical data demonstrating the importance of the speed of drug onset and of intermittent patterns of drug intake in psychostimulant drug addiction. This is followed by a review of the preclinical literature demonstrating that pharmacokinetic variables play a decisive role in determining behavioural and neurobiological outcomes in animal models of addiction. This literature includes recent data highlighting the importance of intermittent, ‘spiking’ brain levels of drug in producing an increase in the motivation to take drug over time. Rapid drug onset and intermittent drug exposure both appear to push the addiction process forward most effectively. This has significant implications for refining animal models of addiction and for better understanding the neuroadaptations that are critical for the disorder.

Mieux estimer la consommation de substances illicites dans une communauté ; comment allier analyses des eaux usées et données traditionnelles

Travail dirigé présenté à la Faculté des arts et sciences en vue de l'obtention du grade de Maîtrise en criminologie, option criminalistique et information.

Comorbid Depression Among Untreated Illicit Opiate Users : Results From a Multisite Canadian Study

This study aimed to describe patterns of major depression (MDD) in a cohort of untreated illicit opiate users recruited from 5 Canadian urban centres, identify sociodemographic characteristics of opiate users that predict MDD, and determine whether opiate users suffering from depression exhibit different drug use patterns than do participants without depression. Baseline data were collected from 679 untreated opiate users in Vancouver, Edmonton, Toronto, Montreal, and Quebec City. Using the Composite International Diagnostic Interview Short Form for Major Depression, we assessed sociodemographics, drug use, health status, health service use, and depression. We examined depression rates across study sites; logistic regression analyses predicted MDD from demographic information and city. Chi-square analyses were used to compare injection drug use and cocaine or crack use among participants with and without depression. Almost one-half (49.3%) of the sample met the cut-off score for MDD. Being female, white, and living outside Vancouver independently predicted MDD. Opiate users suffering from depression were more likely than users without depression to share injection equipment and paraphernalia and were also more likely to use cocaine (Ps < 0.05). Comorbid depression is common among untreated opiate users across Canada; targeted interventions are needed for this population.

Modified mesoporous MCM-41 as hosts for photochromic spirobenzopyrans

The influence of the chemical composition and silylation of mesoporous MCM-41 materials on the photochromic behaviour of adsorbed spiropyran (BIPS) and 6-nitrospiropyran was studied. Upon incorporation, the spiropyrans underwent ring opening to form either zwitterionic merocyanine or its corresponding O-protonated form. In all silica MCM-41 or in the MCM-41 containing aluminium, the O-protonated merocyanine was predominantly formed. In the case of MCM-41 modified by silylation of the OH groups, a mixture of zwitterionic merocyanine and spiropyran was present. The photochromic response was studied by means of steady-state irradiation and by laser flash photolysis. Steady-state irradiation (λ > 450 nm) of the solid samples gives rise in all cases to an intensity decrease of the absorption bands corresponding to either the protonated or the unprotonated merocyanine form (reverse photochromism). In contrast, laser flash photolysis at 308 nm of spiropyrans supported on silylated MCM-41 allows observation of the photochemical ring opening of residual spiropyran to the corresponding zwitterionic form (normal photochromism).

Dopamine Receptor Gene Expression In Streptozotocin Induced Diabetic Rats And Its Role In Insulin Secretion

Diabetes Mellitus is a metabolic disorder associated with insulin deficiency, which not.only affects the carbohydrate metabolism but also is associated with various central and peripheral complications. Chronic hyperglycemia during diabetes mellitus is a major initiator of diabetic microvascular complications like retinopathy, neuropathy, The central nervous system (CNS) neurotransmitters play an important role in the regulation of glucose homeostasis. These neurotransmitters mediate rapid intracellular communications not only within the central nervous system but also in the peripheral tissues. They exert their function through receptors present in both neuronal and non neuronal cell surface that trigger second messenger signaling pathways. Dopamine is a neurotransmitter that has been implicated in various central neuronal degenerative disorders like Parkinson's disease and behavioral diseases like Schizophrenia. Dopamine is synthesised from tyrosine, stored in vesicles in axon terminals and released when the neuron is depolarised. Dopamine interacts with specific membrane receptors to produce its effect. Dopamine plays an important role both centrally and peripherally. The recent identification of five dopamine receptor subtypes provides a basis for understanding dopamine's central and peripheral actions . Dopamine receptors are classified into two major groups : DA D1 like and DA D2 like. Dopamine D1 like receptors consists of DA D1 and DA D5 receptors . Dopamine D2 like receptors consists of DA D2, DA D3 and DA D4 receptors. Stimulation of the DA D1 receptor gives rise to increased production of cAMP. Dopamine D2 receptors inhibit cAMP production, but activate the inositol phosphate second messenger system . Impairment of central dopamine neurotransmission causes muscle rigidity, hormonal regulation , thought disorder and cocaine addiction. Peripheral dopamine receptors mediate changes in blood flow, glomerular filtration rate, sodium excretion and catecholamine release. The dopamine D2 receptors increased in the corpus striatum and cerebral cortex but decreased in the hypothalamus and brain stem indicating their involvement in regulating insulin secretion. Dopamine D2 receptor which has a stimulatory effecton insulin secretion decreased in the pancreatic islets during diabetes. Our in vitro studies confirmed the stimulatory role of dopamine D2 receptors in stimulation of glucose induced insulin secretion. A detailed study at the molecular level on the mechanisms involved in the role of dopamine in insulin secretion, its functional modification could lead to therapeutic interventions that will have immense clinical importance.

Molecular computations for reactions and phase transitions: applications to protein stabilization, hydrates and catalysis

In this work we have made significant contributions in three different areas of interest: therapeutic protein stabilization, thermodynamics of natural gas clathrate-hydrates, and zeolite catalysis. In all three fields, using our various computational techniques, we have been able to elucidate phenomena that are difficult or impossible to explain experimentally. More specifically, in mixed solvent systems for proteins we developed a statistical-mechanical method to model the thermodynamic effects of additives in molecular-level detail. It was the first method demonstrated to have truly predictive (no adjustable parameters) capability for real protein systems. We also describe a novel mechanism that slows protein association reactions, called the “gap effect.” We developed a comprehensive picture of methioine oxidation by hydrogen peroxide that allows for accurate prediction of protein oxidation and provides a rationale for developing strategies to control oxidation. The method of solvent accessible area (SAA) was shown not to correlate well with oxidation rates. A new property, averaged two-shell water coordination number (2SWCN) was identified and shown to correlate well with oxidation rates. Reference parameters for the van der Waals Platteeuw model of clathrate-hydrates were found for structure I and structure II. These reference parameters are independent of the potential form (unlike the commonly used parameters) and have been validated by calculating phase behavior and structural transitions for mixed hydrate systems. These calculations are validated with experimental data for both structures and for systems that undergo transitions from one structure to another. This is the first method of calculating hydrate thermodynamics to demonstrate predictive capability for phase equilibria, structural changes, and occupancy in pure and mixed hydrate systems. We have computed a new mechanism for the methanol coupling reaction to form ethanol and water in the zeolite chabazite. The mechanism at 400°C proceeds via stable intermediates of water, methane, and protonated formaldehyde.