Effects of large anphiphilic ligands upon the spectra and kinetics of cytochrome C oxidase

Cytoch ro me c oxidase (ferrocytochrome c : 02 oxidoreductase ; EC 1.9. 3.1) is the terminal enzyme in the mitochondrial electron transport chain, catalyzing the transfer of electrons from ferrocytochrome c to molecular oxygen. The effects of two large amphiphilic molecules .. valinomycin and dibucaine upon the spectra of the isolated enzyme and upon the activity of both isolated enzyme and enzyme in membrane systems are investigated by using spectrophotometric and oxygen electrode techniques. The results show that both valinomycin and dibucaine change the Soret region of the spectrum and cause a partial inhibition in a concentration range higher than that in which they act as ionophores. It is concluded that both valinomycin and dibucain~ binding induce a conformational change of the protein structure which modifies the spectrum of the a3 CUB centre and diminishes the rate of electron transfer between cytochrome a and the binuclear centre.

The kinetics and mechanism of the thermal decomposition of sec-Butyl peroxide in liquid phase /|nby Sandor Szilagyi. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

Re~tes artd pJ~oducts of tllerma]. d,ecom.position of sec-butyl peroxide at 110 - 150°C i.n four solvents h,ave been determined. The d,ecompos i tion vJas sb.o\'\Tn to be tlnlmolecl.llar wi tho energies of activation in toluene, benzene, and cyclohexane of 36 .7-+ 1.0, 33.2 +- 1..0, 33.t~) +.. 1.0 I'(:cal/mol respectively. The activation energy of thermal decomposition for the d,et.1terated peroxide was found to be 37.2 4:- 1.0 KC8:1/1TIol in toluene. A.bo1J.t 70 - 80/~ ol~ tJJ.e' pl~od.1..1CtS could, be explained by kn01rJ11 reactions of free allcoxy raclicals J and very littJ...e, i.f allY, disPl"Opox~tiol'lation of tll10 sec-butoxy radica.ls in t116 solvent cage could be detected. The oth,er 20 - 30% of the peroxide yielded H2 and metb.:'ll etb..yl 1{etol1e. Tl1.e yield. o:f H2 "'lIas unafJ:'ected by the nature or the viscosity of the solvent, but H2 was not formed when s-t1U202 lrJaS phctolyzed. in tolttene at 35°C nor 'tl!Jrl.en the peroxide 1;'JaS tl1.ermally o..ecoJnposed. in the gas p11ase. ~pC-Dideutero-~-butYlperoxide was prepared and decomposed in toluene at 110 - 150°C. The yield of D2 was about ·•e1ne same 248 the yield. of I{2 from s-Bu202, bU.t th.e rate of decomposition (at 135°C) 1iJas only 1/1.55 as fast. Ivlecl1.anisms fOl') J:1ydrogen produ.ction are discussed, but none satisfactorily explains all the evidence.

The kinetics and mechanism of the thermal decomposition of bis diphenyl methyl and related peroxides in liquid phase /|nby C. Thankachan. -- 260 St. Catharines, Ont. : [s. n.],

Rates and products have been determined for the thermal decomposition of bis diphenyl methyl peroxide and diphenyl methyl tert* butyl peroxide at 110@~145@C* The decomposition was uniformly unimolecular with activation energies for the bis diphenyl methyl peroxide in tetrachloroethylene* toluene and nitrobenzene 26,6* 28*3f and 27 Kcals/mole respectively. Diphenyl methyl tert* butyl peroxide showed an activation energy of 38*6 Kcals/mole* About 80-90% of the products in the case of diphenyl methyl peroxide could be explained by the concerted process, this coupled with the negative entropies of activation obtained is a conclusive evidence for the reaction adopting a major concerted path* All the products in the case of diphenyl methyl peroxide could be explained by known reactions of alkoxy radicals* About 80-85% of tert butanol and benzophenone formed suggested far greater cage disproportionation than diffusing apart* Rates of bis triphenyl methyl peroxide have been determined in tetrachloroethylene at 100-120@C* The activation energy was found to be 31 Kcals/mole*

The kinetics and solvent effects on the thermal decomposition of isopropyl peroxide and 1, 2-dioxane

Rates of H2 formation have been determined for the thermal decomposition of isopropyl peroxide at l30o-l50oC in toluene and methanol and at l400C in isopropyl alcohol and water. Product studies have been carried out at l400C in these solvents. The decomposition of isopropyl peroxide was shown to be unimolecular with energies of activation in toluene, and methanol of 39.1, 23.08 Kcal/mole respectively. It has been shown that the rates of H2 formation in decomposition of isopropyl peroxide are solvent dependent and that the ~ vs "'2';' values (parameters for solvent polarity) givesastraight line. Mechanisms for hydrogen production are discussed which satisfactorily explain the stabilization of the six-centered transition state by the solvent. One possibility is that of conformation stabilization by solvent and the other, a transition state with sufficient ionic character to be stabilized by a polar solvent. Rates of thermal decomposition of 1,2-dioxane in tert-butylbenzene at l40o-l70oC have been determined. The activation energy was found to be 33.4 Kcal/mole. This lower activation energy, compared to that for the decomposition of isopropyl peroxide in toluene (39.1 Kcal/mole) has been explained in terms of ring strain. Decomposition of 1,2 dioxane in MeOH does not follow a first order reaction. Several mechanisms have been suggested for the products observed for decomposition of 1;2-dioxane in toluene and methanol.

Effect of pH on non-photochemical quenching in spinach photsystem 2 particles as measured by picosecond fluorescence decay kinetics

Single photon timing was used to study picosecond chlorophyll a fluorescence decay kinetics of pH induced non-photochemical quenching in spinach photosystem 2 particles. The characteristics of this quenching are a decrease in chlorophyll a fluorescence yield as well as a decrease in photochemistry at low pH. Picosecond kinetics of room temperature fluorescence temporally resolve the individual components of the steady state fluorescence yield into components that are related to primary energy conversion processes in photosystem 2. Four components were resolved for dark adapted (Fo), light saturated (Fm), and chemically reduced (Nadithionite) photosystem 2 reaction centres. The fastest and slowest components, indicative of energy transfer to and energy capture by the photosystem 2 reaction centre and uncoupled ("dead") chlorophyll, respectively, were not affected by changing pH from 6.5 to 4.0. The two intermediate components, indicative of electron transfer processes within the reaction centre of photosystem 2, were affected by the pH change. Results indicate that the decrease in the steady state fluorescence yield at low pH was primarily due to the decrease in lifetime and amplitude of the slower of the intermediate components. These results imply that the decrease in steady state fluorescence yield at low pH is not due to changes in energy transfer to and energy capture by the photosystem 2 reaction centre, but is related to changes in charge stabilization and charge recombination in the photosystem 2 reaction centre.

Effects of large anphiphilic ligands upon the spectra and kinetics of cytochrome C oxidase

Cytoch ro me c oxidase (ferrocytochrome c : 02 oxidoreductase ; EC 1.9. 3.1) is the terminal enzyme in the mitochondrial electron transport chain, catalyzing the transfer of electrons from ferrocytochrome c to molecular oxygen. The effects of two large amphiphilic molecules - valinomycin and dibucaine upon the spectra of the isolated enzyme and upon the activity of both isolated enzyme and enzyme in membrane systems are investigated by using spectrophotometric and oxygen electrode techniques. The results show that both valinomycin and dibucaine change the Soret region of the speetrum and cause a partial inhibition in a concentration range higher than that in which they act as ionophores. It is concluded that both valinomycin and dibucaine binding induce a conformational change of the protein structure which modifies the spectrum of the a3 CUB centre and diminishes the rate of electron transfer between cytochrome a and the binuclear centre.

Artificial neural network modeling of phenol adsorption onto barley husks activated carbon in an airlift reactor.

Tesis (Doctor en Ciencias con Orientación en Procesos Sustentables) UANL, 2013.

Mise au point de nanoparticules polymères pour l'administration parentérale d'agents anticancéreux hydrophobes

Plusieurs agents anticancéreux très puissants sont caractérisés par une solubilité aqueuse limitée et une toxicité systémique importante. Cette dernière serait liée d’une part à la solubilisation des agents anticancéreux à l’aide de surfactifs de bas poids moléculaire, connus pour leur toxicité intrinsèque, et d’autre part, par le manque de spécificité tissulaire des anticancéreux. Les vecteurs colloïdaux à base de polymères permettraient de résoudre certains défis liés à la formulation d’agents anticancéreux hydrophobes. D’abord, les polymères peuvent être sélectionnés afin de répondre à des critères précis de compatibilité, de dégradation et d’affinité pour le médicament à formuler. Ensuite, le fait d’encapsuler l’agent anticancéreux dans un vecteur peut améliorer son efficacité thérapeutique en favorisant son accumulation au niveau du tissu cible, i.e. la tumeur, et ainsi limiter sa distribution au niveau des tissus sains. Des travaux antérieurs menés au sein de notre laboratoire ont mené à la mise au point de micelles à base de poly(N-vinyl-pyrrolidone)-bloc-poly(D,L-lactide) (PVP-b-PDLLA) capables de solubiliser des agents anticancéreux faiblement hydrosolubles dont le PTX. Ce dernier est commercialisé sous le nom de Taxol® et formulé à l’aide du Crémophor EL (CrEL), un surfactif de bas poids moléculaire pouvant provoquer, entre autres, des réactions d’hypersensibilité sévères. Bien que les micelles de PVP-b-PDLLA chargées de PTX aient démontré une meilleure tolérance comparée au Taxol®, leur potentiel de ciblage tumoral et leur efficacité thérapeutique étaient similaires à la forme commerciale à doses égales. Ceci était possiblement dû au fait que les micelles étaient rapidement déstabilisées et ne pouvaient retenir leur cargo suite à leur administration intraveineuse. Nous avons donc décidé de poursuivre les travaux avec un autre type de vecteur, soit des nanoparticules, qui possèdent une stabilité intrinsèque supérieure aux micelles. L’objectif principal de cette thèse de doctorat était donc de mettre au point des nanoparticules polymères pour l’administration parentérale d’agents anticancéreux faiblement solubles dans l’eau. Les nanoparticules devaient permettre d’encapsuler des agents anticancéreux hydrophobes et de les libérer de manière contrôlée sur plusieurs jours. De plus, elles devaient démontrer un temps de circulation plasmatique prolongée afin de favoriser l’accumulation passive du médicament encapsulé au niveau de la tumeur. La première partie du travail visait à employer pour la première fois le copolymère amphiphile PVP-b-PDLLA comme émulsifiant dans la préparation de nanoparticules polymères. Ainsi, une méthode de fabrication des nanoparticules par émulsion huile-dans-eau a été appliquée afin de produire des nanoparticules à base de PDLLA de taille inférieure à 250 nm. Grâce aux propriétés lyoprotectrices de la couronne de PVP présente à la surface des nanoparticules, celles-ci pouvaient retrouver leur distribution de taille initiale après lyophilisation et redispersion en milieu aqueux. Deux anticancéreux hydrophobes, soit le PTX et l’étoposide (ETO), ont été encapsulés dans les nanoparticules et libérés de ces dernières de façon contrôlée sur plusieurs jours in vitro. Une procédure de « salting-out » a été appliquée afin d’améliorer le taux d’incorporation de l’ETO initialement faible étant donnée sa solubilité aqueuse légèrement supérieure à celle du PTX. Le second volet des travaux visait à comparer le PVP comme polymère de surface des nanoparticules au PEG, le polymère le plus fréquemment employé à cette fin en vectorisation. Par le biais d’études d’adsorption de protéines, de capture par les macrophages et de biodistribution chez le rat, nous avons établi une corrélation in vitro/in vivo démontrant que le PVP n’était pas un agent de surface aussi efficace que le PEG. Ainsi, malgré la présence du PVP à la surface des nanoparticules de PDLLA, ces dernières étaient rapidement éliminées de la circulation sanguine suite à leur capture par le système des phagocytes mononucléés. Par conséquent, dans le troisième volet de cette thèse, le PEG a été retenu comme agent de surface, tandis que différents polymères biodégradables de la famille des polyesters, certains synthétiques (PDLLA et copolymères d’acide lactique/acide glycolique), d’autres de source naturelle (poly(hydroxyalkanoates)(PHAs)), ont été investiguées comme matériaux formant le cœur des nanoparticules. Il en est ressorti que les propriétés physicochimiques des polyesters avaient un impact majeur sur l’efficacité d’encapsulation du PTX et son profil de libération des nanoparticules in vitro. Contrairement aux PHAs, les polymères synthétiques ont démontré des taux d’incorporation élevés ainsi qu’une libération contrôlée de leur cargo. Des études de pharmacocinétique et de biodistribution ont démontré que les nanoparticules de PDLLA dotées d’une couronne de PEG conféraient un temps de circulation plasmatique prolongé au PTX et favorisaient son accumulation tumorale. Les nanoparticules polymères représentent donc une alternative intéressante au Taxol®.

Monocouches peptidiques auto-assemblées et applications dans le domaine des biocapteurs de résonance de plasmon de surfaces

Ces travaux visent à étendre les applications de la résonance de plasmons de surface (SPR) L’objectif est d’offrir des outils diagnostics plus rapides, efficaces et simple d’utilisation pour diagnostiquer ou effectuer le suivi de conditions cliniques. Pour se faire, un nouveau type d’instrumentation SPR basé sur l’utilisation d’un prisme d’inversion (dove) a permis d’atteindre une limite de détection (LOD) de 10-6 unité d’indice de réfraction (RIU), une valeur comparable aux instruments commerciaux complexes tout en demeurant peu dispendieux, robuste et simple d’utilisation. Les travaux présentés dans cet ouvrage visent, dans un second temps, à réduire les interactions nonspécifiques (NSB) entre la surface des biocapteurs SPR et les composants de la matrice biologique complexe telles que: l’urine, le lysat cellulaire, le sérum et le sang. Ces dernières induisent des réponses empêchant l’utilisation de biocapteurs SPR en milieux complexes. Les acides aminés (AA) offrent une grande variété de propriétés physico-chimiques permettant la mise au point de monocouches auto-assemblées (SAM) aux propriétés diverses. Initialement, 19 des 20 acides aminés naturels ont été attachés à l’acide 3-mercaptopropionique (3-MPA) formant des SAMs peptidomimétiques. La quantité d’interactions nonspécifiques engendrées par ces différentes surfaces a été mesurée en exposant ces surfaces au sérum sanguin bovin complet variant de 400 ng/cm² jusqu’à 800 ng/cm². La détection à l’aide de ces surfaces de la β-lactamase (une enzyme responsable de la résistance aux antibiotiques au niveau μM) a démontré la possibilité d’employer ces surfaces pour bâtir des biocapteurs SPR. Des peptides de longueur allant de 2 à 5 résidus attachés à 3-MPA ont été synthétisés sur support solide. Cette étude a démontré que l’augmentation de la longueur des peptides formés d’AA résistants aux NBS accroit leur résistance jusqu’à 5 résidus. Le composé le plus performant de ce type (3-MPA-(Ser)5-OH) a permis d’atteindre 180 ng/cm². Cette valeur est similaire à celle des meilleures surfaces disponibles commercialement, notamment les surfaces de polyethylène glycol (PEG) à 100 ng/cm². Des surfaces de 3-MPA-(Ser)5-OH ont permis l’étalonnage de la β-lactamase et sa quantification directe dans un lysat cellulaire. La LOD pour ces biocapteurs est de 10 nM. Une troisième génération de surfaces peptidiques binaires a permis la réduction de la NSB jusqu’à un niveau de 23±10 ng/cm² une valeur comparable aux meilleures surfaces disponibles. Ces surfaces ont permis l’étalonnage d’un indicateur potentiel du cancer la metalloprotéinase-3 de matrice (MMP-3). Les surfaces formées de peptides binaires (3-MPA-H3D2-OH) ont permis la quantification directe de la MMP-3 dans le sérum sanguin complet. Une quatrième génération de surfaces peptidiques a permis de réduire davantage le niveau de NSB jusqu’à une valeur de 12 ± 11 ng/cm². Ces surfaces ont été modifiées en y attachant une terminaison de type acide nitriloacétique (NTA) afin d’y attacher des biomolécules marquées par six résidus histidines terminaux. Ces surfaces ont permis le développement d’une méthode rapide de balayage des ligands ciblant le « cluster of differenciation-36 » (CD36). L’étude d’électroformation des monocouches de peptide a permis de déterminer les conditions de formation optimales d’une couche de 3-MPA-HHHDD-OH permettant ainsi la formation de monocouches résistantes au NSB en moins de 6 minutes en appliquant un potentiel de formation de 200mV vs Ag/AgCl.

Oxidation kinetics of nickel nano crystallites obtained by controlled thermolysis of diaquabis(ethylenediamine) nickel(II) nitrate

The metal complex, [Ni(en)2(H2O)2](NO3)2 (en = ethylenediamine), was decomposed in a static furnace at 200 C by autogenous decomposition to obtain phase pure metallic nickel nanocrystallites. The nickel metal thus obtained was studied by XRD, IR spectra, SEM and CHN analysis. The nickel crystallites are in the nanometer range as indicated by XRD studies. The IR spectral studies and CHN analyses show that the surface is covered with a nitrogen containing species. Thermogravimetric mass gain shows that the product purity is high (93%). The formed nickel is stable and resistant to oxidation up to 350 C probably due to the coverage of nitrogen containing species. Activation energy for the oxidation of the prepared nickel nanocrystallites was determined by non-isothermal methods and was found to depend on the conversion ratio. The oxidation kinetics of the nickel crystallites obeyed a Johnson–Mehl–Avrami mechanism probably due to the special morphology and crystallite strain present on the metal.

Kinetics of Bacterial Colony Growth by Laser Induced Fluorescence

The growth kinetics of an aerial bacterial colony on solid agar media was studied using laser induced fluorescence technique. Fluorescence quenching of Rhodamin B by the bacterial colony was utilized for the study. The lag phase, log phase, and stationary phase of growth curve of bacterial colony was identified by measuring peak fluorescence intensity of dye doped bacterial colony.

Glucoamylase immobilized on montmorillonite: influence of nature of binding on surface properties of clay-support and activity of enzyme

Glucoamylase was immobilized on acid activated montmorillonite clay via two different procedures namely adsorption and covalent binding. The immobilized enzymes were characterized by XRD, NMR and N2 adsorption measurements and the activity of immobilized glucoamylase for starch hydrolysis was determined in a batch reactor. XRD shows intercalation of enzyme into the clay matrix during both immobilization procedures. Intercalation occurs via the side chains of the amino acid residues, the entire polypeptide backbone being situated at the periphery of the clay matrix. 27Al NMR studies revealed the different nature of interaction of enzyme with the support for both immobilization techniques. N2 adsorption measurements indicated a sharp drop in surface area and pore volume for the covalently bound glucoamylase that suggested severe pore blockage. Activity studies were performed in a batch reactor. The adsorbed and covalently bound glucoamylase retained 49% and 66% activity of the free enzyme respectively. They showed enhanced pH and thermal stabilities. The immobilized enzymes also followed Michaelis–Menten kinetics. Km was greater than the free enzyme that was attributed to an effect of immobilization. The immobilized preparations demonstrated increased reusability as well as storage stability.