Fractionation factors and activation energies for exchange of the low barrier hydrogen bonding proton in peptidyl trifluoromethyl ketone complexes of chymotrypsin

NMR investigations have been carried out of complexes between bovine chymotrypsin Aα and a series of four peptidyl trifluoromethyl ketones, listed here in order of increasing affinity for chymotrypsin: N-Acetyl-l-Phe-CF3, N-Acetyl-Gly-l-Phe-CF3, N-Acetyl-l-Val-l-Phe-CF3, and N-Acetyl-l-Leu-l-Phe-CF3. The D/H fractionation factors (φ) for the hydrogen in the H-bond between His 57 and Asp 102 (His 57-Hδ1) in these four complexes at 5°C were in the range φ = 0.32–0.43, expected for a low-barrier hydrogen bond. For this series of complexes, measurements also were made of the chemical shifts of His 57-Hɛ1 (δ2,2-dimethylsilapentane-5-sulfonic acid 8.97–9.18), the exchange rate of the His 57-Hδ1 proton with bulk water protons (284–12.4 s−1), and the activation enthalpies for this hydrogen exchange (14.7–19.4 kcal⋅mol−1). It was found that the previously noted correlations between the inhibition constants (Ki 170–1.2 μM) and the chemical shifts of His 57-Hδ1 (δ2,2-dimethylsilapentane-5-sulfonic acid 18.61–18.95) for this series of peptidyl trifluoromethyl ketones with chymotrypsin [Lin, J., Cassidy, C. S. & Frey, P. A. (1998) Biochemistry 37, 11940–11948] could be extended to include the fractionation factors, hydrogen exchange rates, and hydrogen exchange activation enthalpies. The results support the proposal of low barrier hydrogen bond-facilitated general base catalysis in the addition of Ser 195 to the peptidyl carbonyl group of substrates in the mechanism of chymotrypsin-catalyzed peptide hydrolysis. Trends in the enthalpies for hydrogen exchange and the fractionation factors are consistent with a strong, double-minimum or single-well potential hydrogen bond in the strongest complexes. The lifetimes of His 57-Hδ1, which is solvent shielded in these complexes, track the strength of the hydrogen bond. Because these lifetimes are orders of magnitude shorter than those of the complexes themselves, the enzyme must have a pathway for hydrogen exchange at this site that is independent of dissociation of the complexes.

Nerve growth factor acutely reduces chemical transmission by means of postsynaptic TrkA-like receptors in squid giant synapse

Tyrosine phosphorylation has been shown to be an important modulator of synaptic transmission in both vertebrates and invertebrates. Such findings hint toward the existence of extracellular ligands capable of activating this widely represented signaling mechanism at or close to the synapse. Examples of such ligands are the peptide growth factors which, on binding, activate receptor tyrosine kinases. To gain insight into the physiological consequences of receptor tyrosine kinase activation in squid giant synapse, a series of growth factors was tested in this preparation. Electrophysiological, pharmacological, and biochemical analysis demonstrated that nerve growth factor (NGF) triggers an acute and specific reduction of the postsynaptic potential amplitude, without affecting the presynaptic spike generation or presynaptic calcium current. The NGF target is localized at a postsynaptic site and involves a new TrkA-like receptor. The squid receptor crossreacts with antibodies generated against mammalian TrkA, is tyrosine phosphorylated in response to NGF stimulation, and is blocked by specific pharmacological inhibitors. The modulation described emphasizes the important role of growth factors on invertebrate synaptic transmission.

Requirement for nitric oxide activation of p21ras/extracellular regulated kinase in neuronal ischemic preconditioning

The mechanisms underlying neuronal ischemic preconditioning, a phenomenon in which brief episodes of ischemia protect against the lethal effects of subsequent periods of prolonged ischemia, are poorly understood. Ischemia can be modeled in vitro by oxygen-glucose deprivation (OGD). We report here that OGD preconditioning induces p21ras (Ras) activation in an N-methyl-d-aspartate receptor- and NO-dependent, but cGMP-independent, manner. We demonstrate that Ras activity is necessary and sufficient for OGD tolerance in neurons. Pharmacological inhibition of Ras, as well as a dominant negative mutant Ras, block OGD preconditioning whereas a constitutively active form of Ras promotes neuroprotection against lethal OGD insults. In contrast, the activity of phosphatidyl inositol 3-kinase is not required for OGD preconditioning because inhibition of phosphatidyl inositol 3-kinase with a chemical inhibitor or with a dominant negative mutant does not have any effect on the development of OGD tolerance. Furthermore, using recombinant adenoviruses and pharmacological inhibitors, we show that downstream of Ras the extracellular regulated kinase cascade is required for OGD preconditioning. Our observations indicate that activation of the Ras/extracellular regulated kinase cascade by NO is a critical mechanism for the development of OGD tolerance in cortical neurons, which may also play an important role in ischemic preconditioning in vivo.

Specific activation in jun-transformed avian fibroblasts of a gene (bkj) related to the avian beta-keratin gene family.

We have analyzed differential gene expression in normal versus jun-transformed avian fibroblasts by using subtracted nucleic acid probes and differential nucleic acid hybridization techniques for the isolation of cDNA clones. One clone corresponded to a gene that was strongly expressed in a previously established quail (Coturnix japonica) embryo fibroblast line (VCD) transformed by a chimeric jun oncogene but whose expression was undetectable in normal quail embryo fibroblasts. Furthermore, the gene was expressed in quail or chicken fibroblast cultures that were freshly transformed by retroviral constructs carrying various viral or cellular jun alleles and in chicken fibroblasts transformed by the avian retrovirus ASV17 carrying the original viral v-jun allele. However, its expression was undetectable in a variety of established avian cell lines or freshly prepared avian fibroblast cultures transformed by other oncogenes or a chemical carcinogen. The nucleotide and deduced amino acid sequences of the cDNA clone were not identical to any sequence entries in the data bases but revealed significant similarities to avian beta-keratin genes; the highest degree of amino acid sequence identity was 63%. The gene, which we termed bkj, may represent a direct or indirect target for jun function.

Negative activation enthalpies in the kinetics of protein folding.

Although the rates of chemical reactions become faster with increasing temperature, the converse may be observed with protein-folding reactions. The rate constant for folding initially increases with temperature, goes through a maximum, and then decreases. The activation enthalpy is thus highly temperature dependent because of a large change in specific heat (delta Cp). Such a delta Cp term is usually presumed to be a consequence of a large decrease in exposure of hydrophobic surfaces to water as the reaction proceeds from the denatured state to the transition state for folding: the hydrophobic side chains are surrounded by "icebergs" of water that melt with increasing temperature, thus making a large contribution to the Cp of the denatured state and a smaller one to the more compact transition state. The rate could also be affected by temperature-induced changes in the conformational population of the ground state: the heat required for the progressive melting of residual structure in the denatured state will contribute to delta Cp. By examining two proteins with different refolding mechanisms, we are able to find both of these two processes; barley chymotrypsin inhibitor 2, which refolds from a highly unfolded state, fits well to a hydrophobic interaction model with a constant delta Cp of activation, whereas barnase, which refolds from a more structured denatured state, deviates from this ideal behavior.

An Acyl-NHC Osmium Cooperative System: Coordination of Small Molecules and Heterolytic B–H and O–H Bond Activation

The hexahydride complex OsH6(PiPr3)2 (1) activates the C–OMe bond of 1-(2-methoxy-2-oxoethyl)-3-methylimidazolium chloride (2), in addition to promoting the direct metalation of the imidazolium group, to afford a five-coordinate OsCl(acyl-NHC)(PiPr3)2 (3) compound. The latter coordinates carbon monoxide, oxygen, and molecular hydrogen to give the corresponding carbonyl (4), dioxygen (5), and dihydrogen (6) derivatives. Complex 3 also promotes the heterolytic bond activation of pinacolborane (HBpin), using the acyl oxygen atom as a pendant Lewis base. The hydride ligand and the Bpin substituent of the Fischer-type carbene of the resulting complex 7 activate the O–H bond of alcohols and water. As a consequence, complex 3 is a metal ligand cooperating catalyst for the generation of molecular hydrogen, by means of both the alcoholysis and hydrolysis of pinacolborane, via the intermediates 7 and 6.

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.