Synthesis, structural analysis, and magnetic behaviour of three fumarate bridged coordination polymers: five-fold interpenetrated diamond-like net of Ni-II, sheets of Ni-II and Co-II

The hydrothermal reactions of Ni(NO3)(2).6H(2)O, disodium fumarate (fum) and 1,2-bis(4-pyridyl)ethane (bpe)/1,3-bis(4-pyridyl) propane (bpp) in aqueous-methanol medium yield one 3-D and one 2-D metal-organic hybrid material, [Ni(fum)(bpe)] (1) and [Ni(fum)(bpp)(H2O)] (2), respectively. Complex 1 possesses a novel unprecedented structure, the first example of an "unusual mode" of a five-fold distorted interpenetrated network with metal-ligand linkages where the four six-membered windows in each adamantane-type cage are different. The structural characterization of complex 2 evidences a buckled sheet where nickel ions are in a distorted octahedral geometry, with two carboxylic groups, one acting as a bis-chelate, the other as a bis-monodentate ligand. The metal ion completes the coordination sphere through one water molecule and two bpp nitrogens in cis position. Variable-temperature magnetic measurements of complexes 1 and 2 reveal the existence of very weak antiferromagnetic intramolecular interactions and/or the presence of single-ion zero field splitting (D) of isolated Ni-II ions in both the compounds. Experimentally, both the J parameters are close, comparable and very small. Considering zero-field splitting of Ni-II, the calculated D values are in agreement with values reported in the literature for Ni-II ions. Complex 3, [{Co(phen)}(2)(fum)(2)] (phen=1,10-phenanthroline) is obtained by diffusing methanolic solution of 1,10-phenanthroline on an aqueous layer of disodium fumarate and Co(NO3)(2).6H(2)O. It consists of dimeric Co-II(phen) units, doubly bridged by carboxylate groups in a distorted syn-syn fashion. These fumarate anions act as bis-chelates to form corrugated sheets. The 2D layer has a (4,4) topology, with the nodes represented by the centres of the dimers. The magnetic data were fitted ignoring the very weak coupling through the fumarate pathway and using a dimer model.

Self-assembled molecular complexes and coordination polymers of CdII, hexamine, and monocarboxylates: structural analysis and theoretical studies of supramolecular interactions

Four new cadmium(II) complexes [Cd-2(bz)(4)(H2O)(4)(mu 2-hmt)]center dot Hbz center dot H2O (1), [Cd-3(bz)(6)(H2O)(6)(mu 2-hmt)(2)]center dot 6H(2)O (2), [Cd(pa)(2)(H2O)(mu(2)-hmt)](n) (3), and {[Cd-3(ac)(6)(H2O)(3)(mu(3)-hmt)(2)]center dot 6H(2)O}(n) (4) with hexamine (hmt) and monocarboxylate ions, benzoate (bz), phenylacetate (pa), or acetate (ac) have been synthesized and characterized structurally. Structure determinations reveal that 1 is dinuclear, 2 is trinuclear, 3 is a one-dimensional (1D) infinite chain, and 4 is a two-dimensional (2D) polymer with fused hexagonal rings consisting of Cd-II and hmt. All the Cd-II atoms in the four complexes (except one CdII in 2) possess seven-coordinate pentagonal bipyramidal geometry with the various chelating bidentate carboxylate groups in equatorial sites. One of the CdII ions in 2, a complex that contains two monodentate carboxylates is in a distorted octahedral environment. The bridging mode of hmt is mu 2- in complexes 1-3 but is mu 3- in complex 4. In all complexes, there are significant numbers of H-bonds, C-H/pi, and pi-pi interactions which play crucial roles in forming the supramolecular networks. The importance of the noncovalent interactions in terms of energies and geometries has been analyzed using high level ab initio calculations. The effect of the cadmium coordinated to hmt on the energetic features of the C-H/pi interaction is analyzed. Finally, the interplay between C-H/pi and pi-pi interactions observed in the crystal structure of 3 is also studied.

Effect of Pre-Heating Resin Composite and Light-Curing Units on Monomer Conversion

The purpose of this study was to evaluate the effect of pre-heating resin composite photo-cured with light-curing units (LCU) by FT-IR. Twenty specimens were made in a metallic mold (4 mm diameter x 2 mm thick) from composite resin-Tetric Ceram (R) (Ivoclar/Vivadent) at room temperature (25 degrees C) and pre heated to 37, 54, and 60 degrees C. The specimens were cured with halogen curing light (QTH) and light emitted by diodes (LED) during 40 s. Then, the specimens were pulverized, pressed with KBr and analyzed with FT-IR. The data were submitted to statistical analysis of variance and Kruskal-Wallis test. Study data showed no statistically significant difference to the degree of conversion for the different light curing units (QTH and LED) (p > 0.05). With the increase of temperature there was significant increase in the degree of conversion (p < 0.05). In this study were not found evidence that the light curing unit and temperature influenced the degree of conversion.

Synthesis and Structural Analysis of New Palladium(II) Thiosaccharinates with Triphenylphosphane or Diphosphanes

A series of palladium(II) thiosaccharinates with triphenylphosphane (PPh(3)), bis(diphenylphosphanyl)methane (dppm), and bis(diphenylphosphanyl)ethane (dppe) have been prepared and characterized. From mixtures of thiosaccharin, Htsac, and palladium(II) acetylacetonate, Pd(acac)(2), the palladium(II) thiosaccharinate, Pd(tsac)(2) (tsac: thiosaccharinate anion) (1) was prepared. The reaction of I with PPh(3), dppm, and dppe leads to the mononuclear species Pd(tsac)(2)(PPh(3))(2)center dot MeCN (2), [Pd(tsac)(2)(dppm)] (3), Pd(tsac)(2)(dppm)(2) (4), and [Pd(tsac)(2)(dppe)]center dot MeCN (5). Compounds 2, 4, and 5 have been prepared also by the reaction of Pd(acac)(2) with the corresponding phosphane and Htsac. All the new complexes have been characterized by chemical analysis, UV/Vis, IR, and Raman spectroscopy. Some of them have been also characterized by NMR spectroscopy. The crystalline structures of complexes 3, and 5 have been studied by X-ray diffraction techniques. Complex 3 crystallizes in the monoclinic space group P2(1)/n with a = 16.3537(2), b = 13.3981(3), c = 35.2277(7) angstrom, beta = 91.284(1)degrees, and Z = 8 molecules per unit cell, and complex 5 in P2(1)/n with a = 10.6445(8), b = 26.412(3), c = 15.781(2) angstrom, beta = 107.996(7)degrees, and Z = 4. In compounds 3 and 5, the palladium ions are in a distorted square planar environment. They are closely related, having two sulfur atoms of two thiosaccharinate anions, and two phosphorus atoms of one molecule of dppm or dppe, respectively, bonded to the Pd(II) atom. The molecular structure of complex 3 is the first reported for a mononuclear Pd(II)-dppm-thionate system.

Structural analysis of fertilization in the fish Brycon orbignyanus

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Effect of pre-heating resin composite and light-curing units on monomer conversion

The purpose of this study was to evaluate the effect of pre-heating resin composite photo-cured with light-curing units (LCU) by FT-IR. Twenty specimens were made in a metallic mold (4 mm diameter × 2 mm thick) from composite resin-Tetric Ceram® (Ivoclar/Vivadent) at room temperature (25°C) and pre-heated to 37, 54, and 60°C. The specimens were cured with halogen curing light (QTH) and light emitted by diodes (LED) during 40 s. Then, the specimens were pulverized, pressed with KBr and analyzed with FT-IR. The data were submitted to statistical analysis of variance and Kruskal-Wallis test. Study data showed no statistically significant difference to the degree of conversion for the different light curing units (QTH and LED) (p > 0.05). With the increase of temperature there was significant increase in the degree of conversion (p < 0.05). In this study were not found evidence that the light curing unit and temperature influenced the degree of conversion. © 2010 Pleiades Publishing, Ltd.

Asymmetric and Symmetric Triazenido Cyclopalladated Complexes: Synthesis, Structural Analysis and DFT Calculations

The reaction of [Pd{dmba}(l-N3)]2 (dmba = N,N-dimethylbenzylamine) with 1-(2-fluorophenyl)-3-(4- nitrophenyl)triazenido (L1 ) or 1,3-bis(4-nitrophenyl)triazenido (L2 ) anions, in methanol, and subsequent treatment with pyridine (py) allows the preparation of the corresponding cyclopalladated compounds [Pd(dmba)(L1 )(py)] (1) and [Pd(dmba)(L2 )(py)]py (2). The acentric mononuclear entities of (1) and (2) are connected by weak intermolecular non-classical CAHC hydrogen bonds, which results in 2-D arrangements by translation, along the [1 0 0] and [0 01] crystallographic directions, respectively.

Bedeutung N- und C-terminaler Aminosäuren für die Monomer- und Dimerbildung von Lichtsammelproteinen des Photosystems I

Der LHCI-730 ist ein heterodimerer, Chlorophyll a/b-bindender Lichtsammelkomplex (LHC) des Photosystem I in höheren Pflanzen. Mit Hilfe rekombinanter, modifizierter Proteine wurde untersucht, welche terminalen Bereiche der Untereinheiten Lhca1 und Lhca4 für die Bildung von monomeren und dimeren Lichtsammelproteinen relevant sind. Durch PCR-Mutagenese modifizierte Apoproteine wurden in vitro mit Gesamtpigmentextrakt rekonstituiert und auf ihre Fähigkeit mono- bzw. dimere LHCs zu bilden untersucht.Für die Monomerbildung sind der extrinsische N-Terminus und die der amphipathischen vierten Helix folgenden Aminosäuren beider Proteine für die Faltung stabiler monomerer Pigmentproteinkomplexe nicht notwendig. Die Aminosäuren, mit deren Deletion die Monomerbildung an N- und C-Terminus verhindert wurde, verfügten über geladene (Glu, Asp), aromatische (Trp) oder neutrale Seitenketten (Leu).Die Untersuchungen zur Dimerbildung des LHCI-730 zeigten, daß am N-Terminus des Lhca1 nur bis zu einer Entfernung von drei Aminosäuren (Trp) eine Assemblierung der Untereinheiten möglich ist. Nur Phe (anstatt Trp) war in Substitutionsexperimenten im Vollängenprotein in der Lage, Dimere zu bilden. Das Ausbleiben der Dimerbildung der bis einschließlich zum Trp-39 und Ile-168 verkürzten Deletionsmutanten des Lhca4 ist vermutlich auf die Instabilität dieser Lhca4-Mutanten zurückzuführen. Die Deletion von Trp-185 am C-Terminus des Lhca1 führt zu einem Ausbleiben der Dimerbildung, die aber offensichtlich durch weitere, zuvor schon deletierte Aminosäuren beeinträchtigt wurde.

Konformationsanalyse und Lipidbindung am rekombinanten Lichtsammlerprotein LHCIIb höherer Pflanzen

Die Struktur des Haupt-Lichtsammlerproteins II (LHCIIb) höherer Pflanzen ist aufgrund kristallographischer Strukturanalysen zu 94% aufgeklärt. Dennoch ist es bislang nicht gelungen, die aminoterminale Region des Komplexes vollständig zu lokalisieren. In einem ersten Abschnitt dieser Dissertation sollte anhand einer vergleichenden Bindungsstudie mit Hilfe von in vitro - Rekonstitutionen des LHCIIb geklärt werden, ob es sich bei dem so genannten N - terminalen Trimerisierungsmotiv des Lichtsammlerproteins um eine Interaktionsstelle mit dem Phospholipid Phosphatidylglyzerin handelt. Dazu wurden mehrere vergleichende Lipidbindungsstudien an rekombinantem Wildtyp - Protein und verschiedenen LHCIIb - Trimerisierungsmotiv - Mutanten durchgeführt, die allerdings nicht zu reproduzierbaren Ergebnissen führten.Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden intra- und intermolekulare Distanzmessungen an rekombinantem LHCIIb mit Hilfe der Elektronenspin - Resonanz - Spektroskopie durchgeführt. Dazu wurden zweifach mit einem Spin - Label markierte LHCIIb - Monomere und Trimere mit je einer Markierungsposition pro Monomer benutzt. Im Anschluss an die Messungen wurden die erhaltenen Distanzinformationen zusammen mit den bereits zugänglichen Kristallstrukturdaten des Komplexes für eine Modellierung der aminoterminalen Region des LHCIIb verwendet. Die resultierenden Modelle lassen den Schluss zu, dass es im LHCIIb - Trimer zu konformativen Restriktionen des Aminoterminus kommt. Dem entgegen findet man eine größere konformative Diversität in den vermessenen monomeren Komplexen.

Untersuchung der Pigment- und Proteinzusammensetzung der peripheren Lichtsammelantenne des Photosystem I

Die Lichtsammelantenne des PSI (LHCI) ist hinsichtlich ihrer Protein- und Pigmentzusammensetzung weniger gut untersucht als die des PSII. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb zunächst die Isolation von nativen LHCI-Subkomplexen optimiert und deren Pigmentzusammensetzung untersucht. Zusätzlich wurde die Pigmentbindung analysiert sowie das Pigment/Protein-Verhältnis bestimmt. Die Analyse der Proteinzusammensetzung des LHCI erfolgte mittels einer Kombination aus ein- oder zweidimensionaler Gelelektrophorese mit Westernblotanalysen mit Lhca-Protein-spezifischen Antikörpern und massenspektrometrischen Untersuchungen. Dabei stellte sich heraus, dass der LHCI mehr Proteine bzw. Proteinisoformen enthält als bisher vermutet. So gelang durch die massenspektrometrischen Untersuchungen die Identifizierung zweier bisher noch nicht nachgewiesener Lhca-Proteine. Bei diesen handelt es sich um eine Isoform des Lhca4 und ein zusätzliches Lhca-Protein, das Tomaten-Homolog des Lhca5 von Arabidopsis thaliana. Außerdem wurden in 1D-Gelen Isoformen von Lhca-Proteinen mit unterschiedlichem elektrophoretischen Verhalten beobachtet. In 2D-Gelen trat zusätzlich eine große Anzahl an Isoformen mit unterschiedlichen isoelektrischen Punkten auf. Es ist zu vermuten, dass zumindest ein Teil dieser Isoformen physiologischen Ursprungs ist, und z.B. durch differentielle Prozessierung oder posttranslationale Modifikationen verursacht wird, wenn auch die Spotvielfalt in 2D-Gelen wohl eher auf die Probenaufbereitung zurückzuführen ist. Mittels in vitro-Rekonstitution mit anschließenden biochemischen Untersuchungen und Fluoreszenzmessungen wurde nachgewiesen, dass Lhca5 ein funktioneller LHC mit spezifischen Pigmentbindungseigenschaften ist. Außerdem zeigten in vitro-Dimerisierungsexperimente eine Interaktion zwischen Lhca1 und Lhca5, wodurch dessen Zugehörigkeit zur Antenne des PSI gestützt wird. In vitro-Dimerisierungsexperimente mit Lhca2 und Lhca3 führten dagegen nicht zur Bildung von Dimeren. Dies zeigt, dass die Interaktion in potentiellen Homo- oder Heterodimeren aus Lhca2 und/oder Lhca3 schwächer ist als die zwischen Lhca1 und Lhca4 oder Lhca5. Die beobachtete Proteinheterogenität deutet daraufhin, dass die Antenne des PSI eine komplexere Zusammensetzung hat als bisher angenommen. Für die Integration „neuer“ LHC in den PSI-LHCI-Holokomplex werden zwei Modelle vorgeschlagen: geht man von einer festen Anzahl von LHCI-Monomeren aus, so kann sie durch den Austausch einzelner LHC-Monomere erreicht werden. Als zweites Szenario ist die Bindung zusätzlicher LHC vorstellbar, die entweder indirekt über bereits vorhandene LHC oder direkt über PSI-Kernuntereinheiten mit dem PSI interagieren. In Hinblick auf die Pigmentbindung der nativen LHCI-Subfraktionen konnte gezeigt werden, dass sie Pigmente in einer spezifischen Stöchiometrie und Anzahl binden, und sich vom LHCIIb vor allem durch eine verstärkte Bindung von Chlorophyll a, eine geringere Anzahl von Carotinoiden und die Bindung von ß-Carotin an Stelle von Neoxanthin unterscheiden. Der Vergleich von nativem LHCI mit rekonstituierten Lhca-Proteinen ergab, dass Lhca-Proteine Pigmente in einer spezifischen Stöchiometrie binden, und dass sie Carotinoidbindungsstellen mit flexiblen Bindungseigenschaften besitzen. Auch über die Umwandlung des an die einzelnen Lhca-Proteine gebundenen Violaxanthins (Vio) im Xanthophyllzyklus war nur wenig bekannt. Deshalb wurden mit Hilfe eines in vitro-Deepoxidationssystems sowohl native als auch rekonstituierte LHCI hinsichtlich ihrer Deepoxidationseigenschaften untersucht und der Deepoxidationsgrad von in vivo deepoxidierten Pigment-Protein-Komplexen bestimmt. Aus den Deepoxidationsexperimenten konnte abgeleitet werden, dass in den verschiedenen Lhca-Proteinen unterschiedliche Carotinoidbindungsstellen besetzt sind. Außerdem bestätigten diese Experimente, dass der Xanthophyllzyklus auch im LHCI auftritt, wobei jedoch ein niedrigerer Deepoxidationsgrad erreicht wird als bei LHCII. Dies konnte durch in vitro-Deepoxidationsversuchen auf eine geringere Deepoxidierbarkeit des von Lhca1 und Lhca2 gebundenen Vio zurückgeführt werden. Damit scheint Vio in diesen Lhca-Proteinen eher eine strukturelle Rolle zu übernehmen. Eine photoprotektive Funktion von Zeaxanthin im PSI wäre folglich auf Lhca3 und Lhca4 beschränkt. Damit enthält jede LHCI-Subfraktion ein LHC-Monomer mit langwelliger Fluoreszenz, das möglicherweise am Lichtschutz beteiligt ist. Insgesamt zeigten die Untersuchungen der Pigmentbindung, der Deepoxidierung und der Fluoreszenzeigenschaften, dass sich die verschiedenen Lhca-Proteine in einem oder mehreren dieser Parameter unterscheiden. Dies lässt vermuten, dass schon durch leichte Veränderungen in der Proteinzusammensetzung des LHCI eine Anpassung an unterschiedliche Licht-verhältnisse erreicht werden kann.

Ruthenium-based light harvesting complexes

Polypyridylkomplexe von Ruthenium(II) besitzen eine Vielzahl von Anwendungen, z. B. in Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen und als Photokatalysatoren. [Ru(bpy)3]2+ ist einer der prominentesten Ruthenium(II)-Komplexe und besitzt langlebige angeregte 3MLCT-Zustände mit einer Lebensdauer von 1 µs und einer Lumineszenz-Quantenausbeute von 10%. [Ru(bpy)3]2+ ist chiral und kann Stereoisomere bilden, wenn die Liganden unsymmetrisch substituiert sind oder im Falle von oligonuklearen rac/meso-Komplexen. Bis-tridentate Komplexe wie [Ru(tpy)2]2+ sind achiral und umgehen damit unerwünschte Stereoisomere. [Ru(tpy)2]2+ besitzt jedoch enttäuschende photophysikalische Eigenschaften mit einer 3MLCT-Lebensdauer von nur etwa 0.2 ns und einer Quantenausbeute von ≤ 0.0007%. Die Anbringung von Substituenten an [Ru(tpy)2]2+ sowie die Aufweitung der Liganden-Bisswinkel auf 90° bewirken deutlich verbesserte Eigenschaften der emittierenden 3MLCT-Zustände. rnDieser Strategie folgend wurden in der vorliegenden Arbeit neue bis-tridentate Ruthenium(II)-Komplexe entwickelt, synthetisiert und charakterisiert. Durch Anbringen von Ester-Substituenten und Verwenden von Liganden mit erweiterten Bisswinkeln konnten 3MLCT-Lebensdauern von bis zu 841 ns und Quantenausbeuten von bis zu 1.1% erreicht werden. Die neuen bis-tridentaten Komplexe weisen eine deutlich erhöhte Photostabilität im Vergleich zu tris-bidentatem [Ru(bpy)3]2+ auf. rnDie Komplexe wurden als Emitter in Licht-emittierenden elektrochemischen Zellen eingebaut und zeigen Elektrolumineszenz mit einer tiefroten Farbe, die bis ins NIR reicht. Ebenso wurden die Komplexe als Lichtsammler in Farbstoff-sensibilisierten Solarzellen getestet und erreichen Licht-zu-Energie-Effizienzen von bis zu 0.26%. rnDinukleare, stereochemisch einheitliche Ruthenium(II)-Komplexe wurden oxidiert um die Metall-Metall-Wechselwirkung zwischen Ru(II) und Ru(III) in der einfach oxidierten Spezies zu untersuchen. Die unterschiedlichen Redoxeigenschaften der beiden Rutheniumzentren in den verwendeten dinuklearen Verbindungen führt zu einer valenzlokalisierten Situation in der keine Metall-Metall-Wechselwirkung beobachtet wird. Ebenso wurde die Oxidation eines einkernigen Ruthenium(II)-Komplexes sowie dessen spontane Rückreduktion untersucht.rnEnergietransfersysteme wurden mittels Festphasensynthese hergestellt. Dabei ist ein Bis(terpyridin)ruthenium(II)-Komplex als Energie-Akzeptor über eine unterschiedliche Anzahl an Glycineinheiten mit einem Cumarin-Chromophor als Energie-Donor verknüpft. Bei einer kleinen Zahl an Glycineinheiten (0, 1) findet effektiver Energietransfer vom Cumarin- zum Ruthenium-Chromophor statt, wogegen bei zwei Glycineinheiten ein effektiver Energietransfer verhindert ist.rnLicht-induzierte Ladungstrennung wurde erreicht, indem Bis(terpyridin)ruthenium(II)-Komplexe als Chromophore in einem Donor-Chromophor-Akzeptor-Nanokomposit eingesetzt wurden. Dabei wurde ein Triphenylamin-enthaltendes Blockcopolymer als Elektronendonor und ZnO-Nanostäbchen als Elektronenakzeptor verwendet. Bei Bestrahlung des Chromophors werden Elektronen in die ZnO-Nanostäbchen injiziert und die Elektronenlöcher wandern in das Triphenylamin-enthaltende Blockcopolymer. rnrn

Biochemische Untersuchungen des Lichtsammlerprotein (LHCP) im Komplex mit seinem Chaperon, dem plastidären Signalerkennungspartikel cpSRP

Das Lichtsammlerprotein (light harvesting chlorophyll a/b-binding protein, LHCP) ist das Apoprotein des Haupt-Lichtsammelkomplexes (LHCII) und stellt das häufigste Membranprotein der Erde dar. Nicht nur aufgrund seiner Abundanz, sondern auch wegen seiner speziellen Translokation als stark hydrophobes Membranprotein durch hauptsächlich wässrige Milieus von cytosolischen Ribosomen bis in die Thylakoidmembran der Chloroplasten ist der Biogeneseweg dieses Proteins von besonderem Interesse. LHCP ist kernkodiert und wird nach seinem Import in Chloroplasten als Transitkomplex mit dem stromalen Signalerkennungsprotein (cpSRP) zur Thylakoide geleitet. Der cpSRP-Komplex besteht aus dem cpSRP43 mit Chaperonfunktion für das LHCP sowie dem Co-Chaperon cpSRP54, welches eine entscheidende Rolle in der stromalen Zielführung des Transitkomplexes spielt. Sowohl die Proteinkonformation des LHCP während seiner Biogenese als auch der in vivo Faltungsablauf während der Thylakoidinsertion sind noch völlig unklar. Mithilfe der Elektronen-paramagnetischen Resonanz (EPR-)Spektroskopie sollte in dieser Arbeit der Faltungszustand des LHCP im Transitkomplex mit dem cpSRP oder in Teilkomplexen davon ermittelt werden.rnKopplungen von cpSRP43 und LHCP bestätigten, dass das Chaperon als Minimaleinheit zur quantitativen Solubilisierung des Membranproteins genügt. Gelfiltrationschromatographische (GFC-) Untersuchungen solcher Komplexe wiesen jedoch mit einem apparenten MW von ≥ 600 kDa ein sehr hochmolekulares Laufverhalten auf. Variierende Proteinstöchiometrien im Komplex zeigten in densitometrischen Auswertungen eine undefinierte Aggregation. Zusätze von Agenzien zur Vermeidung unspezifischer Wechselwirkungen wie z.B. Detergentien oder auch Salzzugabe zeigten keinen Einfluss auf die Aggregate. Volllängen-Transitkomplexe dagegen wiesen trotz unterschiedlichem Angebot von Einzelproteinen reproduzierbar definierte Stöchiometrien auf. Diese zeigten eine LHCP:cpSRP43-Stöchiometrie von 1,25. Dennoch hatten diese Komplexe mit einem apparenten MW von > 300 kDa einen mindestens dimeren Assemblierungsgrad. Eine Voraussetzung für eindeutige EPR-spektroskopische Distanzmessungen zwischen definierten Positionen im LHCP ist jedoch dessen monomolekularisiertes Vorliegen im Chaperonkomplex. Die Darstellung von ternären Transitkomplexen mit einem zu erwartenden apparenten MW von ~175 kDa war auch durch Zusatz verschiedener Proteinaggregationshemmer nicht möglich. Transitkomplexe mit einer verkürzten Version des cpSRP54 zeigten schließlich eine definierte 1:1-Komplexstöchiometrie bei gleichzeitiger polydisperser Komplexzusammensetzung. Es konnten ~60% dieser sogenannten 54M-Transitkomplexe nach GFC-Daten und densitometrischer Auswertung als potentiell ternär eingeschätzt werden. Darüber hinaus gelang es solche Ansätze durch GFC-Fraktionierung zusätzlich von oligomerisierten Spezies aufzureinigen. Dennoch zeigten die Präparate vor GFC-Fraktionierung ein (noch) zu hohes Aggregationssignal im Hintergrund und nach Fraktionierung ein zu schwaches Signal, um eine eindeutige Aussage der EPR-Daten zuzulassen. Dennoch bietet dieses ausgearbeitete Komplexbildungsprotoll in Verbindung mit der Verwendung von verkürztem cpSRP54 eine solide Basis, um weitere Versuche zu EPR-Messungen an cpSRP-gebundenem LHCP durchzuführen. rn

Fic domain-catalyzed adenylylation: insight provided by the structural analysis of the type IV secretion system effector BepA

Numerous bacterial pathogens subvert cellular functions of eukaryotic host cells by the injection of effector proteins via dedicated secretion systems. The type IV secretion system (T4SS) effector protein BepA from Bartonella henselae is composed of an N-terminal Fic domain and a C-terminal Bartonella intracellular delivery domain, the latter being responsible for T4SS-mediated translocation into host cells. A proteolysis resistant fragment (residues 10-302) that includes the Fic domain shows autoadenylylation activity and adenylyl transfer onto Hela cell extract proteins as demonstrated by autoradiography on incubation with α-[(32)P]-ATP. Its crystal structure, determined to 2.9-Å resolution by the SeMet-SAD method, exhibits the canonical Fic fold including the HPFxxGNGRxxR signature motif with several elaborations in loop regions and an additional β-rich domain at the C-terminus. On crystal soaking with ATP/Mg(2+), additional electron density indicated the presence of a PP(i) /Mg(2+) moiety, the side product of the adenylylation reaction, in the anion binding nest of the signature motif. On the basis of this information and that of the recent structure of IbpA(Fic2) in complex with the eukaryotic target protein Cdc42, we present a detailed model for the ternary complex of Fic with the two substrates, ATP/Mg(2+) and target tyrosine. The model is consistent with an in-line nucleophilic attack of the deprotonated side-chain hydroxyl group onto the α-phosphorus of the nucleotide to accomplish AMP transfer. Furthermore, a general, sequence-independent mechanism of target positioning through antiparallel β-strand interactions between enzyme and target is suggested.

Revealing Assembly of a Pore-Forming Complex Using Single-Cell Kinetic Analysis and Modeling

Many biological processes depend on the sequential assembly of protein complexes. However, studying the kinetics of such processes by direct methods is often not feasible. As an important class of such protein complexes, pore-forming toxins start their journey as soluble monomeric proteins, and oligomerize into transmembrane complexes to eventually form pores in the target cell membrane. Here, we monitored pore formation kinetics for the well-characterized bacterial pore-forming toxin aerolysin in single cells in real time to determine the lag times leading to the formation of the first functional pores per cell. Probabilistic modeling of these lag times revealed that one slow and seven equally fast rate-limiting reactions best explain the overall pore formation kinetics. The model predicted that monomer activation is the rate-limiting step for the entire pore formation process. We hypothesized that this could be through release of a propeptide and indeed found that peptide removal abolished these steps. This study illustrates how stochasticity in the kinetics of a complex process can be exploited to identify rate-limiting mechanisms underlying multistep biomolecular assembly pathways.

NMR structural analysis of cardiac troponin C: Monitoring conformational changes induced by binding calcium, troponin I, and calcium -sensitizing drugs

Contraction of cardiac muscle is regulated through the Ca2+ dependent protein-protein interactions of the troponin complex (Tn). The critical role cardiac troponin C (cTnC) plays as the Ca2+ receptor in this complex makes it an attractive target for positive inotropic compounds. In this study, the ten Met methyl groups in cTnC, [98% 13C ϵ]-Met cTnC, are used as structural markers to monitor conformational changes in cTnC and identify sites of interaction between cTnC and cardiac troponin I (cTnI) responsible for the Ca2+ dependent interactions. In addition the structural consequences that a number of Ca2+-sensitizing compounds have on free cTnC and the cTnC·cTnI complex were characterized. Using heteronuclear NMR experiments and monitoring chemical shift changes in the ten Met methyl 1H-13C correlations in 3Ca2+ cTnC when bound to cTnI revealed an anti-parallel arrangement for the two proteins such that the N-domain of cTnI interacts with the C-domain of cTnC. The large chemical shifts in Mets-81, -120, and -157 identified points of contact between the proteins that include the C-domain hydrophobic surface in cTnC and the A, B, and D helical interface located in the regulatory N-domain of cTnC. TnI association [cTnI(33–80), cTnI(86–211), or cTnI(33–211)] was found also to dramatically reduce flexibility in the D/E central linker of cTnC as monitored by line broadening in the Met 1H- 13C correlations of cTnC induced by a nitroxide spin label, MTSSL, covalently attached to cTnC at Cys 84. TnI association resulted in an extended cTnC that is unlike the compact structure observed for free cTnC. The Met 1H-13C correlations also allowed the binding characteristics of bepridil, TFP, levosimendan, and EMD 57033 to the apo, 2Ca2+, and Ca2+ saturated forms of cTnC to be determined. In addition, the location of drug binding on the 3Ca2+cTnC·cTnI complex was identified for bepridil and TFP. Use of a novel spin-labeled phenothiazine, and detection of isotope filtered NOEs, allowed identification of drug binding sites in the shallow hydrophobic cup in the C-terminal domain, and on two hydrophobic surfaces on N-regulatory domain in free 3Ca2+ cTnC. In contrast, only one N-domain drug binding site exists in 3Ca2+ cTnC·cTnI complex. The methyl groups of Met 45, 60 and 80, which are grouped in a hydrophobic patch near site II in cTnC, showed the greatest change upon titration with bepridil or TFP, suggesting that this is a critical site of drug binding in both free cTnC and when associated with cTnI. The strongest NOEs were seen for Met-60 and -80, which are located on helices C and D, respectively, of Ca2+ binding site II. These results support the conclusion that the small hydrophobic patch which includes Met-45, -60, and -80 constitutes a drug binding site, and that binding drugs to this site will lead to an increase in Ca2+ binding affinity of site II while preserving maximal cTnC activity. Thus, the subregion in cTnC makes a likely target against which to design new and selective Ca2+-sensitizing compounds. ^