Functional genomics of BAHD acyltransferases in different varieties of the wine grape, Vilis vinifera

The characteristic "foxy" aroma of Vilis labrusca Concord grapes is due in large part to methyl anthranilate, a volatile ester formed by the enzyme anthraniloyl- CoA:methanol anthraniloyltransferase (VIAMAT) of the superfamily of BARD acyltransferases. The publication of the genome ofthe closely related wine grape Vilis vinifera, which does not accumulate methyl anthranilate, permitted the searching for any putative VlAU4T-like genes, with the result of 5 highly homologous candidates being found, with one candidate sharing 95% identity to VlAU4T. Probing the gene expression of 18 different cultivars of V. vinifora ripe berries by RT -PCR showed that many varieties do indeed express VlAU4T-like genes. Subsequent cloning of the full-length open reading frame of one of these genes from eDNA prepared from the cultivar Sauvignon Blanc permitted preliminary biochemical characterization of the enzyme after heterologous expression in E. coli. It was determined that this alcohol acyltransferase (named VvsbAATl) catalyzes the formation of cis-3-hexenyl acetate, a "green-leaf' volatile. Although the cloned gene from Sauvignon Blanc had 95% identity at the amino acid level to VIAMAT, it displayed an altered substrate specificity and expression pattern. These results highlight the difficulty in predicting substrate specificity and function of enzymes through the basis of sequence homology, which is a common finding in the study of BARD acyltransferases. Also, the determination of function of VvsbAATl and other BARD acyltransferases in V. vinifera could be used as a genetic marker for certain aroma characteristics in grape breeding programs.

The Role of Specific Amino Acids in the Formation of Ternary Complexes in Nitrogenase Regulation in the Photosynthetic Bacterium Rhodobacter capsulatus

L'azote est l'un des éléments les plus essentiels dans le monde pour les êtres vivants, car il est essentiel pour la production des éléments de base de la cellule, les acides aminés, les acides nucléiques et les autres constituants cellulaires. L’atmosphère est composé de 78% d'azote gazeux, une source d'azote inutilisable par la plupart des organismes à l'exception de ceux qui possèdent l’enzyme nitrogénase, tels que les bactéries diazotrophique. Ces micro-organismes sont capables de convertir l'azote atmosphérique en ammoniac (NH3), qui est l'une des sources d'azote les plus préférables. Cette réaction exigeant l’ATP, appelée fixation de l'azote, est catalysée par une enzyme, nitrogénase, qui est l'enzyme la plus importante dans le cycle de l'azote. Certaines protéines sont des régulateurs potentiels de la synthèse de la nitrogénase et de son activité; AmtB, DraT, DraG, les protéines PII, etc.. Dans cette thèse, j'ai effectué diverses expériences afin de mieux comprendre leurs rôles détailés dans Rhodobacter capsulatus. La protéine membranaire AmtB, très répandue chez les archaea, les bactéries et les eucaryotes, est un membre de la famille MEP / Amt / Rh. Les protéines AmtB sont des transporteurs d'ammonium, importateurs d'ammonium externe, et ont également été suggéré d’agir comme des senseurs d'ammonium. Il a été montré que l’AmtB de Rhodobacter capsulatus fonctionne comme un capteur pour détecter la présence d'ammonium externe pour réguler la nitrogénase. La nitrogénase est constituée de deux métalloprotéines nommées MoFe-protéine et Fe-protéine. L'addition d'ammoniaque à une culture R. capsulatus conduit à une série de réactions qui mènent à la désactivation de la nitrogénase, appelé "nitrogénase switch-off". Une réaction critique dans ce processus est l’ajout d’un groupe ADP-ribose à la Fe-protéine par DraT. L'entrée de l'ammoniac dans la cellule à travers le pore AmtB est contrôlée par la séquestration de GlnK. GlnK est une protéine PII et les protéines PII sont des protéines centrales dans la régulation du métabolisme de l'azote. Non seulement la séquestration de GlnK par AmtB est importante dans la régulation nitrogénase, mais la liaison de l'ammonium par AmtB ou de son transport partiel est également nécessaire. Les complexes AmtB-GlnK sont supposés de lier DraG, l’enzyme responsable pour enlever l'ADP-ribose ajouté à la nitrogénase par DraT, ainsi formant un complexe ternaire. Dans cette thèse certains détails du mécanisme de transduction du signal et de transport d'ammonium ont été examinés par la génération et la caractérisation d’un mutant dirigé, RCZC, (D335A). La capacité de ce mutant, ainsi que des mutants construits précédemment, RCIA1 (D338A), RCIA2 (G344C), RCIA3 (H193E) et RCIA4 (W237A), d’effectuer le « switch-off » de la nitrogénase a été mesurée par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats ont révélé que tous les résidus d'acides aminés ci-dessus ont un rôle essentiel dans la régulation de la nitrogénase. L’immunobuvardage a également été effectués afin de vérifier la présence de la Fe-protéine l'ADP-ribosylée. D335, D388 et W237 semblent être cruciales pour l’ADP-ribosylation, puisque les mutants RCZC, RCIA1 et RCIA4 n'a pas montré de l’ADP-ribosylation de la Fe-protéine. En outre, même si une légère ADP-ribosylation a été observée pour RCIA2 (G344C), nous le considérons comme un résidu d'acide aminé important dans la régulation de la nitrogénase. D’un autre coté, le mutant RCIA3 (H193E) a montré une ADP-ribosylation de la Fe-protéine après un choc d'ammonium, par conséquent, il ne semble pas jouer un rôle important dans l’ADP-ribosylation. Par ailleurs R. capsulatus possède une deuxième Amt appelé AmtY, qui, contrairement à AmtB, ne semble pas avoir des rôles spécifiques. Afin de découvrir ses fonctionnalités, AmtY a été surexprimée dans une souche d’E. coli manquant l’AmtB (GT1001 pRSG1) (réalisée précédemment par d'autres membres du laboratoire) et la formation des complexes AmtY-GlnK en réponse à l'addition d’ammoniac a été examinée. Il a été montré que même si AmtY est en mesure de transporter l'ammoniac lorsqu'il est exprimé dans E. coli, elle ne peut pass’ associer à GlnK en réponse à NH4 +.

Destins des S-RNases et interactions moléculaires dans le tube pollinique dans le cadre de l’auto-incompatibilité gamétophytique chez Solanum chacoense

L’auto-incompatibilité (AI) est une barrière reproductive prézygotique qui permet aux pistils d’une fleur de rejeter leur propre pollen. Les systèmes d’AI peuvent prévenir l’autofertilisation et ainsi limiter l’inbreeding. Dans l’AI gamétophytique, le génotype du pollen détermine son propre phénotype d’incompatibilité, et dans ce système, les déterminants mâles et femelles de l’AI sont codés par un locus multigénique et multi-allélique désigné le locus S. Chez les Solanaceae, le déterminant femelle de l’AI est une glycoprotéine stylaire extracellulaire fortement polymorphique possédant une activité ribonucléase et désignée S-RNase. Les S-RNases montrent un patron caractéristique de deux régions hypervariables (HVa et HVb), responsables de leur détermination allélique, et cinq régions hautement conservées (C1 à C5) impliquées dans l’activité catalytique ou la stabilisation structurelle de ces protéines. Dans ce travail, nous avons investigué plusieurs caractéristiques des S-RNases et identifié un nouveau ligand potentiel aux S-RNases chez Solanum chacoense. L’objectif de notre première étude était l’élucidation du rôle de la région C4 des S-RNases. Afin de tester l’hypothèse selon laquelle la région C4 serait impliquée dans le repliement ou la stabilité des S-RNases, nous avons généré un mutant dans lequel les quatre résidus chargés présents en région C4 furent remplacés par des résidus glycine. Cette protéine mutante ne s’accumulant pas à des niveaux détectables, la région C4 semble bien avoir un rôle structurel. Afin de vérifier si C4 est impliquée dans une liaison avec une autre protéine, nous avons généré le mutant R115G, dans lequel un acide aminé chargé fût éliminé afin de réduire les affinités de liaison dans cette région. Ce mutant n’affectant pas le phénotype de rejet pollinique, il est peu probable que la région C4 soit impliquée dans la liaison des S-RNases avec un ligand ou leur pénétration à l’intérieur des tubes polliniques. Enfin, le mutant K113R, dans lequel le seul résidu lysine conservé parmi toutes les S-RNases fût remplacé par un résidu arginine, fût généré afin de vérifier si cette lysine était un site potentiel d’ubiquitination des S-RNases. Toutefois, la dégradation des S-RNases ne fût pas inhibée. Ces résultats indiquent que C4 joue probablement un rôle structurel de stabilisation des S-RNases. Dans une seconde étude, nous avons analysé le rôle de la glycosylation des S-RNases, dont un site, en région C2, est conservé parmi toutes les S-RNases. Afin d’évaluer la possibilité que les sucres conjugués constituent une cible potentielle d’ubiquitination, nous avons généré une S11-RNase dont l‘unique site de glycosylation en C2 fût éliminé. Ce mutant se comporte de manière semblable à une S11-RNase de type sauvage, démontrant que l’absence de glycosylation ne confère pas un phénotype de rejet constitutif du pollen. Afin de déterminer si l’introduction d’un sucre dans la région HVa de la S11-RNase pourrait affecter le rejet pollinique, nous avons généré un second mutant comportant un site additionnel de glycosylation dans la région HVa et une troisième construction qui comporte elle aussi ce nouveau site mais dont le site en région C2 fût éliminé. Le mutant comportant deux sites de glycosylation se comporte de manière semblable à une S11-RNase de type sauvage mais, de manière surprenante, le mutant uniquement glycosylé en région HVa peut aussi rejeter le pollen d’haplotype S13. Nous proposons que la forme non glycosylée de ce mutant constitue un allèle à double spécificité, semblable à un autre allèle à double spécificité préalablement décrit. Il est intéressant de noter que puisque ce phénotype n’est pas observé dans le mutant comportant deux sites de glycosylation, cela suggère que les S-RNases ne sont pas déglycosylées à l’intérieur du pollen. Dans la dernière étude, nous avons réalisé plusieurs expériences d’interactions protéine-protéine afin d’identifier de potentiels interactants polliniques avec les S-RNases. Nous avons démontré que eEF1A, un composant de la machinerie de traduction chez les eucaryotes, peut lier une S11-RNase immobilisée sur résine concanavaline A. Des analyses de type pull-down utilisant la protéine eEF1A de S. chacoense étiquetée avec GST confirment cette interaction. Nous avons aussi montré que la liaison, préalablement constatée, entre eEF1A et l’actine est stimulée en présence de la S11-RNase, bien que cette dernière ne puisse directement lier l’actine. Enfin, nous avons constaté que dans les tubes polliniques incompatibles, l’actine adopte une structure agrégée qui co-localise avec les S-RNases. Ces résultats suggèrent que la liaison entre eEF1A et les S-RNases pourrait constituer un potentiel lien fonctionnel entre les S-RNases et l’altération du cytosquelette d’actine observée lors des réactions d’AI. Par ailleurs, si cette liaison est en mesure de titrer les S-RNases disponibles à l’intérieur du tube pollinique, ce mécanisme pourrait expliquer pourquoi des quantités minimales ou « seuils » de S-RNases sont nécessaires au déclenchement des réactions d’AI.

Acid activated montmorillonite: an efficient immobilization support for improving reusability, storage stability and operational stability of enzymes

Three enzymes, α-amylase, glucoamylase and invertase, were immobilized on acid activated montmorillonite K 10 via two independent techniques, adsorption and covalent binding. The immobilized enzymes were characterized by XRD, N2 adsorption measurements and 27Al MAS-NMR spectroscopy. The XRD patterns showed that all enzymes were intercalated into the clay inter-layer space. The entire protein backbone was situated at the periphery of the clay matrix. Intercalation occurred through the side chains of the amino acid residues. A decrease in surface area and pore volume upon immobilization supported this observation. The extent of intercalation was greater for the covalently bound systems. NMR data showed that tetrahedral Al species were involved during enzyme adsorption whereas octahedral Al was involved during covalent binding. The immobilized enzymes demonstrated enhanced storage stability. While the free enzymes lost all activity within a period of 10 days, the immobilized forms retained appreciable activity even after 30 days of storage. Reusability also improved upon immobilization. Here again, covalently bound enzymes exhibited better characteristics than their adsorbed counterparts. The immobilized enzymes could be successfully used continuously in the packed bed reactor for about 96 hours without much loss in activity. Immobilized glucoamylase demonstrated the best results.

Characterisation and Distribution of Amino Acids in the Mangrove Sediments of Kochi

Mangrove swamps are unique inter-tidal wetland ecosystems found in sheltered tropical and subtropical shores.Mangrove sediments can be considered as large reservoirs of amino acids,which exist in several different forms,like free amino acids in the sediment micropores,as amino acids,peptides or proteins bound to clay minerals or as amino acids,peptides or proteins bound to humic colloids.Inorder to assess survival conditions of organisms of mangroves,it is important to understand stability of amino acids in the sediments.The amounts of amino acids present in sediment represent a balance between its synthesis and destruction by microorganisms.Thus amino acid analysis offers more insight into the processes of diagenesis,which changes the nature and characteristics of organic matter deposition and decomposition.

Molecular cloning and homology modelling of a subtilisin-like serine protease from the marine fungus, Engyodontium album BTMFS10

An alkaline protease gene (Eap) was isolated for the first time from a marine fungus, Engyodontium album. Eap consists of an open reading frame of 1,161 bp encoding a prepropeptide consisting of 387 amino acids with a calculated molecular mass of 40.923 kDa. Homology comparison of the deduced amino acid sequence of Eap with other known proteins indicated that Eap encode an extracellular protease that belongs to the subtilase family of serine protease (Family S8). A comparative homology model of the Engyodontium album protease (EAP) was developed using the crystal structure of proteinase K. The model revealed that EAP has broad substrate specificity similar to Proteinase K with preference for bulky hydrophobic residues at P1 and P4. Also, EAP is suggested to have two disulfide bonds and more than two Ca2? binding sites in its 3D structure; both of which are assumed to contribute to the thermostable nature of the protein.

Molecular cloning and homology modelling of a subtilisin-like serine protease from the marine fungus, Engyodontium album BTMFS10

An alkaline protease gene (Eap) was isolated for the first time from a marine fungus, Engyodontium album. Eap consists of an open reading frame of 1,161 bp encoding a prepropeptide consisting of 387 amino acids with a calculated molecular mass of 40.923 kDa. Homology comparison of the deduced amino acid sequence of Eap with other known proteins indicated that Eap encode an extracellular protease that belongs to the subtilase family of serine protease (Family S8). A comparative homology model of the Engyodontium album protease (EAP) was developed using the crystal structure of proteinase K. The model revealed that EAP has broad substrate specificity similar to Proteinase K with preference for bulky hydrophobic residues at P1 and P4. Also, EAP is suggested to have two disulfide bonds and more than two Ca2? binding sites in its 3D structure; both of which are assumed to contribute to the thermostable nature of the protein.

Characterization of a gamma-aminobutyric acid transport system of rhizobium leguminosarum bv. viciae 3841

Spontaneous mutants of Rhizobium leguminosarum bv. viciae 3841 were isolated that grow faster than the wild type on gamma-aminobutyric acid (GABA) as the sole carbon and nitrogen source. These strains (RU1736 and RU1816) have frameshift mutations (gtsR101 and gtsR102, respectively) in a GntR-type regulator (GtsR) that result in a high rate of constitutive GABA transport. Tn5 mutagenesis and quantitative reverse transcription-PCR showed that GstR regulates expression of a large operon (pRL100242 to pRL100252) on the Sym plasmid that is required for GABA uptake. An ABC transport system, GtsABCD (for GABA transport system) (pRL100248-51), of the spermidine/putrescine family is part of this operon. GtsA is a periplasmic binding protein, GtsB and GtsC are integral membrane proteins, and GtsD is an ATP-binding subunit. Expression of gtsABCD from a lacZ promoter confirmed that it alone is responsible for high rates of GABA transport, enabling rapid growth of strain 3841 on GABA. Gts transports open-chain compounds with four or five carbon atoms with carboxyl and amino groups at, or close to, opposite termini. However, aromatic compounds with similar spacing between carboxyl and amino groups are excellent inhibitors of GABA uptake so they may also be transported. In addition to the ABC transporter, the operon contains two putative mono-oxygenases, a putative hydrolase, a putative aldehyde dehydrogenase, and a succinate semialdehyde dehydrogenase. This suggests the operon may be involved in the transport and breakdown of a more complex precursor to GABA. Gts is not expressed in pea bacteroids, and gtsB mutants are unaltered in their symbiotic phenotype, suggesting that Bra is the only GABA transport system available for amino acid cycling.

1,3-Dipolar cycloadditions to unsymmetrical ketone-derived chiral stabilized azomethine ylides: strategies for the synthesis of highly substituted amino acids

We report herein, the first generation of unsymmetrical ketone-derived chiral stabilized azomethine ylides. Intrairiolecular and intermolecular cycloaddition strategies have been utilized to synthesize both an enantiornerically pure bicyclic proline derivative and an enantionierically pure beta-hydroxy-alpha-amino acid.

m-aminobenzoic acid inserted beta-turn in acyclic tripeptides: a peptidomimetic design

X-ray diffraction studies show that peptides Boc-Leu-Aib-m-ABA-OMe (I) (Aib, alpha-aminoisobutyric acid; m-ABA, meta-aminobenzoic acid) and Boc-Phe-Aib-m-ABA-OMe, (II) adopt a type-II beta-turn conformation, solely stabilized by co-operative steric interactions amongst the amino acid residues. This type of U-turn without any intramolecular hydrogen bonding is generally referred to as an open turn. Although there are some examples of constrained cyclic peptides in which o-substituted benzenes have been inserted to mimic the turn region of the neurotrophin, a nerve growth factor, peptides I and II present novel two examples where m-aminobenzoic acid has been incorporated in the beta-turn of acyclic tripeptides. The result also demonstrates the first crystallographic evidence of a beta-turn structure containing an inserted m-aminobenzoic acid, which can be considered as a rigid gamma-aminobutyric acid with an all-trans extended configuration. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Investigations on the effect of amino acids on acrylamide, pyrazines, and Michael addition products in model systems

Acrylamide and pyrazine formation, as influenced by the incorporation of different amino acids, was investigated in sealed low-moisture asparagine-glucose model systems. Added amino acids, with the exception of glycine and cysteine and at an equimolar concentration to asparagine, increased the rate of acrylamide formation. The strong correlation between the unsubstituted pyrazine and acrylamide suggests the promotion of the formation of Maillard reaction intermediates, and in particular glyoxal, as the determining mode of-action. At increased amino acid concentrations, diverse effects were observed. The initial rates of acrylamide formation remained high for valine, alanine, phenylalanine, tryptophan, glutamine, and Ieucine, while a significant mitigating effect, as evident from the acrylamide yields after 60 min of heating at 160 degrees C, was observed for proline, tryptophan, glycine, and cysteine. The secondary amine containing amino acids, proline and tryptophan, had the most profound mitigating effect on acrylamide after 60 min of heating. The relative importance of the competing effect of added amino acids for alpha-dicarbonyls and acrylamide-amino, acid alkylation reactions is discussed and accompanied by data on the relative formation rates of selected amino acid-AA adducts.

Adverse gastrointestinal effects of arginine and related amino acids

Oral supplements of arginine and citrulline increase local nitric oxide (NO production in the small intestine and this may be harmful under certain circumstances. Gastrointestinal toxicity was therefore reviewed with respect to the intestinal physiology of arginine, citrulline, ornithine, and cystine (which shares the same transporter) and the many clinical trials of supplements of the dibasic amino acids or N-acetylcysteine (NAC. The human intestinal dibasic amino acid transport system has high affinity and low capacity. L-Arginine (but not lysine, ornithine, or D-arginine) induces water and electrolyte secretion that is mediated by NO, which acts as an absorbagogue at low levels and as a secretagogue at high levels. The action of many laxatives is NO mediated and there are reports of diarrhea following oral administration of arginine or ornithine ihine. The clinical data cover a wide span of arginine intakes f rom 3 g/d to > 100 g/d, but the standard of reporting adverse effects (e.g. nausea, vomiting, and diarrhea) was variable. Single doses of 3-6 g rarely provoked side effects and healthy athletes appeared to be more susceptible than diabetic patients to gastrointestinal symptoms at individual doses >9 g. This may relate to an effect of disease on gastrointestinal motility and pharmacokinetics. Most side effects of arginine and NAC occurred at single doses of >9 g in adults >140 mg/kg) often when part of a daily regime of similar to>30 g/d (>174 mmol/d). In the case of arginine, this compares with the laxative threshold of the nonabsorbed disaccharide alcohol, lactitol (74 g or 194 mmol). Adverse effects seemed dependent on the dosage regime and disappeared if divided doses were ingested (unlike lactitol). Large single doses of poorly absorbed amino acids seem to provoke diarrhea. More research is needed to refine dosage strategies that reduce this phenomenon. It is suggested that dipeptide forms of arginine may meet this criterion.

Changes in free amino acids and sugars in potatoes due to sulfate fertilization and the effect on acrylamide formation

To examine how sulfur deprivation may affect acrylamide formation in cooked potatoes, three varieties of potato were grown under conditions of either severe sulfur deprivation or an adequate supply of sulfur. In all three varieties sulfur deprivation led to a decrease in acrylamide formation, even though the levels of sugars, which are acrylamide precursors, were higher in tubers of the sulfur-deprived plants. In one variety the concentration of free asparagine, the other precursor for acrylamide, was also higher. There was a very close correlation between the concentration of asparagine in the tubers expressed as a proportion of the total free amino acid pool and the formation of acrylamide upon cooking, whereas sugars were poorly correlated with acrylamide. In potatoes, where concentrations of sugars are usually limiting, competition between asparagine and other amino acids participating in the Maillard reaction may be a key determinant of the amount of acrylamide that is formed during processing.

Preparation of enantiopure long chain threo-2-amino-3-hydroxyesters via chiral morpholinone-derived azomethine ylids

The synthetic approach to threo-2-amino-3-hydroxyesters possessing long alkyl chains outlined herein centres on the generation of chiral azomethine ylids by reaction of (5R)-5-phenyl-morpholin-2-one, (R)-(1), with long chain aldehydes. In the presence of a second equivalent of aldehyde, the azomethine ylid can be trapped to afford a cycloadduct with three new stereodefined centres. Degradation of the cycloadduct allows entry to beta-substituted-alpha-amino acid derivatives, which have potential as building blocks for sphingosine synthesis.

Hydrogen bond-induced pair formation of glycine on the chiral Cu{531} surface

Enantio-specific interactions on intrinsically chiral or chirally modified surfaces can be identified experimentally via comparison of the adsorption geometries of similar nonchiral and chiral molecules. Information about the effects of substrate-related and in interactions on the adsorption geometry of glycine, the only natural nonchiral amino acid, is therefore important for identifying enantio-specific interactions of larger chiral amino acids. We have studied the long- and short-range adsorption geometry and bonding properties of glycine on the intrinsically chiral Cu{531} surface with low-energy electron diffraction, near-edge X-ray absorption One structure spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and temperature-programmed desorption. For coverages between 0.15 and 0.33 ML (saturated chemisorbed layer) and temperatures between 300 and 430 K, glycine molecules adsorb in two different azimuthal orientations, which are associated with adsorption sites on the {110} and {311} microfacets of Cu{531}. Both types of adsorption sites allow a triangular footprint with surface bonds through the two oxygen atoms and the nitrogen atom. The occupation of the two adsorption sites is equal for all coverages, which can be explained by pair formation due to similar site-specific adsorption energies and the possibility of forming hydrogen bonds between molecules on adjacent {110} and {311} sites. This is not the ease for alanine and points toward higher site specificity in the case of alanine, which is eventually responsible for the enantiomeric differences observed for the alanine system.