Additions- und Umlagerungsreaktionen des Lewis-aciden Dihypersilylplumbandiyls in Umsetzungen mit monodenten und ambidenten Lewis-Basen

Die chemische Reaktivität des Dihypersilylplumbylens Pb[Si(Si(CH3)3)3]2 wird durch seine besondere elektronische Struktur bestimmt. Im Unterschied zu Carbenen (Triplett-Grundzustand) liegen Plumbylene im Grundzustand als Singulett vor, mit einem energetisch hochliegenden HOMO (freies Elektronenpaar mit hohem s-Charakter) und einem tiefliegenden LUMO (näherungsweise: freies p-Orbital des Pb-Atoms). Daraus resultiert das amphotere Lewis-Säure/Lewis-Base-Verhalten der Verbindung, mit der Besonderheit, dass sich die beiden Lewis-Zentren am selben Atom befinden. rnIn Umsetzungen mit monodenten und ambidenten Lewis-Basen wurden die Lewis-aciden Eigenschaften des Dihypersilylplumbandiyls Pb[Si(Si(CH3)3)3]2 untersucht. Reaktionen mit den sterisch anspruchsvollen O-Nucleophilen KOtBu (Kalium-tert-Butanolat) und KOiPrPh (4-Kaliumisopropylphenolat) führten bei tiefen Temperaturen zur primären Adduktbildung. Die aus der Strukturanalyse erhaltenen Bindungsdaten zeigen die extreme sterische Überfrachtung des zentralen Blei-Atoms. Der Abbau der sterischen Spannung ist möglicherweise die Ursache für offensichtlich stattfindende Umlagerungsfolgereaktionen (bei Reaktionsführungen bei T>-60°C), die aufgrund spektroskopische Untersuchungen zu vermuten sind.rnEingehender wurden diese Umlagerungsreaktionen in Umsetzungen des Pb[Si(Si(CH3)3)3]2 mit ambidenten Lewis-Basen untersucht. In Übereinstimmung und Erweiterung mit früheren Ergebnissen von Klinkhammer (K. Klinkhammer, Polyhedron, 2002, 21, 587) konnte beispielsweise die Migration einer (mit der ambidenten Lewis-Base tert-Butylisonitril) bzw. beider Hypersilylgruppen (mit p-Tolylisocyanat) unter Bildung hetero- bzw. homoleptischer Plumbylene nachgewiesen werden.rnReaktionen des Pb[Si(Si(CH3)3)3]2 mit den anorganischen ambidenten Salz-Ionen CN-, OCN-, SCN-, N3-, NO2- führen zur Bildung salzartiger Plumbanide der Zusammensetzung Me{Pb[Si(Si(CH3)3)3]2}Nu (Me: Na bzw. K, Nu: CN, OCN, SCN, N3, NO2). Die Verbindungen liegen im Kristall monomer als Kontaktionenpaar vor. Auf diese Weise gelang erstmalig die gezielte Synthese eines Blei(II)cyanids sowie die Darstellung eines Blei(II)isocyanats. rn

Reaktionen monovalenter Münzmetalle in flüssigem Ammoniak

Im Rahmen dieser Arbeit konnten erstmals eine Reihe von Ammoniakaten von Münzmetallhalogeniden (M(I)Hal) und Pseudohalogeniden aus flüssigem Ammoniak in einkristalliner Form isoliert und strukturell charakterisiert werden. Mit dem Ammoniakat des Gold(I)-iodids wurden Metathesen in flüssigem Ammoniak durchgeführt, die die Isolierung einiger sehr thermolabiler, teilweise explosiver Alkoholate des Golds ermöglichten. Die Bestimmung der Kristallstruktur eines Gold(I)-phenolates erlaubte erste Einblicke in deren Aufbau.rnIn der Reihe der Ammoniakate der M(I)Hal mit Ausnahme von Silberiodid, werden keine direkten Metall-Halogen-Kontakte ausgebildet. Die Ammoniakate der Chloride und Bromide des Kupfers und Silbers sowie des Kupferiodids besitzen isotype Strukturen. Sie liegen als Trisammoniakate [M(NH3)3]Hal vor. Im Ammoniakat von Silberiodid besitzen die Silberionen durchgängig die Koordinationszahl 4. Neben Ag•••NH3- findet man auch direkte Kationen-rnAnionen-Kontakte und sehr kurze Ag(I)-Ag(I)-Abstände. Das Goldkation im Ammoniakat von Goldiodid besitzt die Koordinationszahl 2 und wird ausschließlich durch Ammoniakmoleküle koordiniert. Die gebildeten H3N-NH3-Hanteln werden über aurophile Wechselwirkungen verknüpft.rn rnDie Ammoniakate der Cyanide von Silber und Gold, enthalten molekulare Baueinheiten des Typs:(H3N)nMCN [(n= 1 für M= Au und n= 2 für M= Ag].rnrnAnders als bei den solvatfreien Homologen wird eine Ausbildung von Polymerketten nicht beobachtet. Das linear aufgebaute Ammoniakat von Goldcyanid ermöglicht die Ausbildung von aurophilen Wechselwirkungen. Metallophile Wechselwirkungen zwischen dem als Dimer vorliegenden Ammoniakat von AgCN scheinen nicht ausgebildet zu werden.rnrnMetatheseversuche von Goldiodid mit einem Amid und diversen Alkanolaten lieferten teilweise explosive Produkte. Es ist davon auszugehen, dass mit zunehmender Basizität der eingesetzten Anionen, die an das Gold(I)-ion koordinierten Ammoniakmoleküle deprotoniert werden und explosives Goldamid gebildet wird. Der als zweites Produkt entstehende Alkohol kann ebenfalls ein Ammoniakat bilden. Im Fall von Li-Fencholat wird ein solches in Form sehr tiefschmelzender Einkristalle erhalten.rnrnDa die Deprotonierung der an Gold koordinierten Ammoniakmoleküle unweigerlich zu explosiven oder sehr instabilen Produkten führt, wurde die geringere Basizität der Phenolate ausgenutzt, um dies zu umgehen. Im Falle der Umsetzung von AuI mit Li-2,6-di-tert.-butylphenolat gelang tatsächlich die Isolierung eines kristallinen Gold(I)-phenolats.rn

Evolutionäre Veränderungen in der Nutzung redox-aktiver Aminosäuren und ihre Ursachen

Gewebe, Zellen und speziell Zellkompartimente unterscheiden sich in ihrer Sauerstoffkonzentration, Stoffwechselrate und in der Konzentration an gebildeten reaktiven Sauerstoffspezies. Um eine mögliche Änderung in der Aminosäurennutzung durch den Einfluss von Sauerstoff und seinen reaktiven Spezies untersuchen zu können wurden, Bereiche bzw. Kompartimente der menschlichen Zelle definiert, die einen Referenzrahmen bildeten und bekannt dafür sind, einen relativ hohen Grad an reaktiven Sauerstoffspezies aufzuweisen. Aus dem Vergleich wurde deutlich, dass vor allem die beiden redox-aktiven und schwefeltragenden Aminosäuren Cystein und Methionin durch eine besondere Verteilung und Nutzung charakterisiert sind. Cystein ist hierbei diejenige Aminosäure mit den deutlichsten Änderungen in den fünf untersuchten Modellen der oxidativen Belastung. In all diesen Modellen war die Nutzung von Cystein deutlich reduziert, wohingegen Methionin in Proteinen des Mitochondriums und der Elektronentransportkette angereichert war. Dieser auf den ersten Blick paradoxe Unterschied zwischen Cystein und Methionin wurde näher untersucht, indem die differenzierte Methioninnutzung in verschiedenen Zellkompartimenten von Homo sapiens charakterisiert wurde.rnDie sehr leicht zu oxidierende Aminosäure Methionin zeigt ein ungewöhnliches Verteilungsmuster in ihrer Nutzungshäufigkeit. Entgegen mancher Erwartung wird Methionin in zellulären Bereichen hoher oxidativer Belastung und starker Radikalproduktion intensiv verwendet. Dieses Verteilungsmuster findet man sowohl im intrazellulären Vergleich, als auch im Vergleich verschiedener Spezies untereinander, was daraufhin deutet, dass es einen lokalen Bedarf an redox-aktiven Aminosäuren gibt, der einen sehr starken Effekt auf die Nutzungshäufigkeit von Methionin ausübt. Eine hohe Stoffwechselrate, die im Allgemeinen mit einer erhöhten Produktion von Oxidantien assoziiert wird, scheint ein maßgeblicher Faktor der Akkumulation von Methionin in Proteinen der Atmungskette zu sein. Die Notwendigkeit, oxidiertes Antioxidans wieder zu reduzieren, findet auch bei Methionin Anwendung, denn zu Methioninsulfoxid oxidiertes Methionin wird durch die Methioninsulfoxidreduktase wieder zu Methionin reduziert. Daher kann die spezifische Akkumulation von Methionin in Proteinen, die verstärkt reaktiven Sauerstoffspezies ausgesetzt sind, als eine systematische Strategie angesehen werden, um andere labile Strukturen vor ungewollter Oxidation zu schützen. rnDa Cystein in allen untersuchten Modellen der oxidativen Belastung und im Besonderen in Membranproteinen der inneren Mitochondrienmembran lebensspannenabhängig depletiert war, wurde dieses Merkmal näher untersucht. Deshalb wurde die Hypothese getestet, ob ein besonderer Redox-Mechanismus der Thiolfunktion für diese selektive Depletion einer im Allgemeinen als harmlos oder antioxidativ geltenden Aminosäure verantwortlich ist. Um den Effekt von Cysteinresten in Membranen nachzustellen, wurden primäre humane Lungenfibroblasten (IMR90) mit diversen Modellsubstanzen behandelt. Geringe Konzentrationen der lipophilen Substanz Dodecanthiol verursachten eine signifikante Toxizität in IMR90-Zellen, die von einer schnellen Zunahme an polyubiquitinierten Proteinen und anderen Indikatoren des proteotoxischen Stresses, wie Sequestosom 1 (P62), HSP70 und HSP90 begleitet wurde. Dieser Effekt konnte spezifisch der Chemie der Thiolfunktion in Membranen zugeordnet werden, da Dodecanol (DOH), Dodecylmethylsulfid (DMS), Butanthiol oder wasserlösliche Thiole weder eine cytotoxische Wirkung noch eine Polyubiquitinierung von Proteinen verursachten. Die Ergebnisse stimmen mit der Hypothese überein, dass Thiole innerhalb von biologischen Membranen als radikalische Kettentransferagentien wirken. Diese Eigenschaft wird in der Polymerchemie durch Nutzung von lipophilen Thiolen in hydrophoben Milieus technisch für die Produktion von Polymeren benutzt. Da die Thiylradikal-spezifische Reaktion von cis-Fettsäuren zu trans-Fettsäuren in 12SH behandelten Zellen verstärkt ablief, kann gefolgert werden, dass 12SH zellulär radikalisiert wurde. In lebenden Organismen kann demnach die Oxidation von Cystein die Schädigung von Membranen beschleunigen und damit Einfallstore für die laterale Radikalisierung von integralen Membranproteinen schaffen, welche möglicherweise der Langlebigkeit abträglich ist, zumindest, wenn sie in der inneren Mitochondrienmembran auftritt.

Oberflächenuntersuchungen von Metalla-Tetraazaporphyrinen

Ziel dieser Arbeit war es, ein System zu entwickeln, in dem ein durch Licht induzierter Elektronentransfer stattfinden kann. Dazu wurden ein Kupfer(II)- und ein Zink(II)Tetraazaporphyrin mit acht 4-tert-Butylphenyl-Substituenten synthetisiert (Cu4Dinit, Zn4Dinit). Die Energielücke von 1,85 eV zwischen HOMO und LUMO von Cu4Dinit in Lösung wurde mit Hilfe von Cyclovoltammetrie und UV/Vis-Messungen bestimmt. Somit ist sie größer als für Cu4Dinit Moleküle, die auf einer Oberfläche (Wolfram(100)) liegen und mit STM-, STS-Messungen untersucht wurden. Hier beträgt die Energielücke 1,35 eV, was durch eine Drehung der Phenylringe in die Ebene der Pyrrolringe des Makrozyklus und somit durch eine bessere Überlappung der Orbitale erklärt werden kann. Um die Wechselwirkung der Moleküle mit der Oberfläche zu untersuchen, wurde Cu4Dinit, wie oben beschrieben, auf Magnetit aufgedampft. Dadurch wurde ausschließlich die Wechselwirkung zwischen den Elektronenspins des Kupfer(II)-ions und den Elektronenspins des Eisens im Magnetit betrachtet. Durch Messungen der Röntgenabsorption und des XMCD-Effektes konnten das Spinmoment, Bahnmoment und das Gesamtmoment des Kupfers berechnet und eine anisotrope Kopplung des Elektronenspins des Kupferions zum Magnetit, in Abhängigkeit der Magnetisierungsrichtung des Magnetits, festgestellt werden. Wenn der Magnetit senkrecht zur Oberfläche (out-of-plane) magnetisiert ist, ist die Kopplung ferromagnetisch, während bei einer Magnetisierungsrichtung parallel zur Ebene (in-plane) des Magnetits der Elektronenspin des Kupfers antiferromagnetisch mit dem des Eisens koppelt. Dadurch muss der Hamiltonian, der die Wechselwirkung zwischen zwei Spins beschreibt, bei einer anisotropen Kopplung um einen ansiotropen Term ergänzt werden. Das Ergebnis, dass der Elektronenspin des Kupferions durch die Richtung der Magnetisierung des Magnetits beeinflusst werden kann, eröffnet neue Wege, um die Spinkonfiguration von auf der Oberfläche liegenden Molekülen mit ungepaarten Elektronen, wie die zentralen Metallionen der Makrozyklen aber auch die Elektronenspins anderer metallorganischer Komplexe oder molekulare Magnete, durch ein externes Magnetfeld zu beeinflussen. rnDurch die stöchiometrische Templatreaktion von Pyrazino[2,3-f][1,10]-phenanthrolin-2,3-di-carbonitril (Dicnq), Bis(4-tert-Butylphenyl)-fumarodinitril (Dinit) und Kupfer(II)-acetat wurde eine Koordinationsmöglichkeit für ein Ruthenium(II)-ion in einem Tetraazaporphyrin hergestellt und so die Makrozyklen Cu3Dinit1Dicnq und Zn3Dinit1Dicnq synthetisiert, mit Rutheniumionen versetzt und ebenfalls mit Hilfe von Röntgenabsorptionsmessungen und XMCD untersucht. Durch die Vergleiche mit Zn3Dinit1Dicnq und den jeweiligen Verbindungen mit koordinierten Rutheniumionen (Cu3Dinit1Dicnq-1Ru, Zn3Dinit1Dicnq-1Ru) konnte gezeigt werden, dass eine Verschiebung der Elektronendichte des Rutheniumions zu dem zentralen Kupferion des Makrozyklus stattgefunden hat und durch die Koordination eines Rutheniumions in der Peripherie des Tetraazaporphyrins die energetische Lage der Kupferorbitale beeinflusst wird.rnDer Einfluss von vier koordinierten Ruthenium(II)-ionen auf das zentrale Kupferion wurde an Hand des in dieser Arbeit hergestellten Kupfer(II)phenanthralocyanins (Cu4Dicnq) untersucht, das aus vier Dicnq-Liganden und Kupfer(II)-acetat synthetisiert wurde. Auf Grund der schlechten Löslichkeit wurde für die Koordination der Rutheniumionen der Prekursor [Ru(bipy)2Dicnq](PF6)2 hergestellt und daraus der Makrozyklus in einer Templatsynthese mit Kufper(II)-ionen gebildet. Durch diese neue Syntheseroute war es möglich, die Verbindung Cu4Dicnq-4Ru herzustellen und ebenfalls durch Röntgenabsorption und XMCD zu untersuchen und so das Spin- und Bahnmoment zu ermitteln. Ein Teil der Elektronendichte des Rutheniumions in dieser Verbindung wird auf die zusätzlich an das Rutheniumion koordinierten 2,2'-Bipyridine und nicht auf den Makrozyklus, wie in Cu3Dinit1Dicnq-1Ru, geschoben. Trotzdem konnte die Funktionsweise als Modell des Photosystems II durch eine Oxidation durch die Bestrahlung mit einer Quecksilberlampe mit para-Benzochinon beobachtet werden. Dies bestätigte die Funktionsweise des Kupfer(II)phenanthralocyanins mit koordinierten Rutheniumionen, da ein durch Licht induzierter Elektronenübergang auf das para-Benzochinon stattgefunden hat.rn

Synthesis, characterization and catalytic performances of ruthenium-based catalysts for the acceptorless dehydrogenative coupling of butanol

A growing interest towards new sources of energy has led in recent years to the development of a new generation of catalysts for alcohol dehydrogenative coupling (ADC). This green, atom-efficient reaction is capable of turning alcohol derivatives into higher value and chemically more attractive ester molecules, and it finds interesting applications in the transformation of the large variety of products deriving from biomass. In the present work, a new series of ruthenium-PNP pincer complexes are investigated for the transformation of 1-butanol, one of the most challenging substrates for this type of reactions, into butyl butyrate, a short-chain symmetrical ester widely used in flavor industries. Since the reaction kinetics depends on hydrogen diffusion, the study aimed at identifying proper reactor type and right catalyst concentration to avoid mass transfer interferences and to get dependable data. A comparison between catalytic activities and productivities has been made to establish the role of the different ligands bonded both to the PNP binder and to the ruthenium metal center, and hence to find the best catalyst for this type of reaction.

The binding mode of side chain- and C3-modified epothilones to tubulin

The tubulin-binding mode of C3- and C15-modified analogues of epothilone A (Epo A) was determined by NMR spectroscopy and computational methods and compared with the existing structural models of tubulin-bound natural Epo A. Only minor differences were observed in the conformation of the macrocycle between Epo A and the C3-modified analogues investigated. In particular, 3-deoxy- (compound 2) and 3-deoxy-2,3-didehydro-Epo A (3) were found to adopt similar conformations in the tubulin-binding cleft as Epo A, thus indicating that the 3-OH group is not essential for epothilones to assume their bioactive conformation. None of the available models of the tubulin-epothilone complex is able to fully recapitulate the differences in tubulin-polymerizing activity and microtubule-binding affinity between C20-modified epothilones 6 (C20-propyl), 7 (C20-butyl), and 8 (C20-hydroxypropyl). Based on the results of transferred NOE experiments in the presence of tubulin, the isomeric C15 quinoline-based Epo B analogues 4 and 5 show very similar orientations of the side chain, irrespective of the position of the nitrogen atom in the quinoline ring. The quinoline side chain stacks on the imidazole moiety of beta-His227 with equal efficiency in both cases, thus suggesting that the aromatic side chain moiety in epothilones contributes to tubulin binding through strong van der Waals interactions with the protein rather than hydrogen bonding involving the heteroaromatic nitrogen atom. These conclusions are in line with existing tubulin polymerization and microtubule-binding data for 4, 5, and Epo B.

Radical Chain Reduction of Alkylboron Compounds with Catechols

The conversion of alkylboranes to the corresponding alkanes is classically performed via protonolysis of alkylboranes. This simple reaction requires the use of severe reaction conditions, that is, treatment with a carboxylic acid at high temperature (>150 degrees C). We report here a mild radical procedure for the transformation of organoboranes to alkalies. 4-tert-Butylcatechol, a well-established radical inhibitor and antioxidant, is acting as a source of hydrogen atoms. An efficient chain reaction is observed due to the exceptional reactivity of phenoxyl radicals toward alkylboranes. The reaction has been applied to a wide range of organoboron derivatives such as B-alkylcatecholboranes, trialkylboranes, pinacolboronates, and alkylboronic acids. Furthermore, the so far elusive rate constants for the hydrogen transfer between secondary alkyl radical and catechol derivatives have been experimentally determined. Interestingly, they are less than 1 order of magnitude slower than that of tin hydride at 80 degrees C, making catechols particularly attractive for a wide range of transformations involving C-C bond formation.

Synthesis and Surface Modification of CdSe and CdS Quantum Dots Exhibiting High Quantum Yield

The thesis investigates the effect of surface treatment with various reducing and oxidizing agents on the quantum yield (QY) of CdSe and CdS quantum dots (QDs). The QDs, as synthesized by the organometallic method, contained defect sites on their surface that trapped photons and prevented their radiative recombination, therefore resulting in adecreased QY. To passivate these defect sites and enhance the QY, the QDs were treated with various reducing and oxidizing agents, including: sodium borohydride (NaBH4), calcium hydride (CaH2), hydrazine (N2H4), benzoyl peroxide (C14H10O4), and tert-butylhydroperoxide (C4H10O2). It was hypothesized that the reducing/oxidizing agents reduced the ligands on the QD surface, causing them to detach, thereby allowing oxygen from atmospheric air to bind to the exposed cadmium. This cadmium oxdide (CdO) layeraround the QD surface satisfied the defect sites and resulted in an increased QY. To correlate what effect the reducing and oxidizing agents were having on the optical properties of the QDs, we investigated these treatments on the following factors:chalcogenide (Se vs. S), ligand (oleylamine vs. OA), coordinating solvent (ODE vs.TOA), and dispersant solvent (chloroform vs. toluene) on the overall optical properties of the QDs. The QY of each sample was calculated before and after the various surface treatments from ultra-violet visible spectroscopy (UV-Vis) and fluorescence spectroscopy data to determine if the treatment was successful.From our results, we found that sodium borohydride was the most effective surface treatment, with 10 of the 12 treatments resulting in an increased QY. Hydrazine, on the other hand, was the least effective treatments, as it quenched the QD fluorescence in every case. From these observations, we hypothesize that the effectiveness of the QD surface treatments was dependent on reaction rate. More specifically, when the surface treatment reaction happened too quickly, we hypothesize that the QDs began to aggregate, resulting in a quenched fluorescence. Furthermore, we believe that the reactionrate is dependent on concentration of the reducing/oxidizing agents, solubility of the agents in each solvent, and reactivity of the agents with water. The quantum yield of the QDs can therefore be maximized by slowing the reaction rate of each surface treatment toa rate that allows for the proper passivation of defect sites.

Microwave-Assisted Bond Forming Reactions

ABSTRACT FOR PART I: PHOSPHA-MICHAEL ADDITIONS TO ACTIVATED INTERNAL ALKENES: STERIC AND ELECTRONIC EFFECTS A method for the phospha-Michael addition of bis(4-methyl)phenyl phosphine oxide to activated internal alkenes has been developed. Michael acceptors including cinnamates, crotonates, chalcones, and internal alkenes containing multiple activating groups were all successfully utilized in this reaction. The reaction was fairly tolerant of electron-donating and electron-withdrawing substituents on the Michael acceptor, and moderate to excellent yields (49-96%) of the adducts were isolated. When steric bulk was increased by a second substituent on the -position of the Michael-acceptor the reaction was suppressed. This was usually overcome by adding a second activating substituent to the -position. ABSTRACT FOR PART II: MICROWAVE-ASSISTED ARYLGOLD BOND FORMATION A microwave-assisted method was developed for the formation of arylgold complexes containing (2-Biphenyl)di-tert-butylphosphine (JohnPhos) as the supporting phosphine ligand. Arylboronic acids with increasingly bulky aromatic groups were screened to determine the steric limitations of the reaction. Arylgold complexes (JohnPhos)Au(p-methoxyphenyl), (JohnPhos)Au(2,4,6-trimethylphenyl), and (JohnPhos)Au(4-bromo-10-anthracene) were all synthesized by microwave irradiation at 70ºC in the presence of Cs2CO3 in either THF or iPrOH. Reactions performed with arylboronic acids containing unhindered ortho positions were carried out in THF. Arylboronic acids with substituents on the ortho position required iPrOH as the reaction solvent. Arylboronic acids with extreme steric hindrance on the ortho position of the aryl substituent, 2,4,6-triisopropylpphenylboronic acid, were unreactive. It was determined that increasing the irradiation temperature increased the formation of side products, therefore to promote conversion to the arylgold complex the duration of the reaction time was increased while maintaining a temperature of 70ºC. Arylgold complexes (JohnPhos)Au(p-methoxyphenyl), (JohnPhos)Au(2,4,6-trimethylphenyl), and (JohnPhos)Au(4-bromo-10-anthracene) were synthesized with moderate yields (40-69%).

Enzymatic Activity of Soybean Lipoxygenase-1 on Linoleoyl-Derivatized Agarose

Soybean lipoxygenase-1 (SBLO-1) catalyzes the oxygenation of linoleic acid to form 13(S) and 9(R) hydroperoxides. The manner in which substrates bind to the lipoxygenase family of enzymes is not known. It is believed fatty acid substrates may bind either with the aliphatic end first or with the carboxylate group facing the interior of the protein. This thesis tested a potential methyl-end first substrate binding mechanism by studying the activity of SBLO-1 to oxygenate immobilized linoleoyl residues attached to an insoluble polymer. Linoleic acid was attached to aminohexyl agarose in the presence of N-(3- dimethylaminopropyl)-N’-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC) and Nhydroxysuccinimide (NHS). The concentration of the covalently attached residues was facilitated by enriching linoleic acid with a small amount of the radioactive 14C-isotope. Functionalization yields of 3% available primary amines on the resin were obtained. Enzymatic oxygenation of the linoleoyl-residues was verified using the ferrous oxidation in xylenol orange (FOX) assay. Approximately 30% of the attached linoleoyl moieties were converted to hydroperoxides in the presence of SBLO-1. A disulfide-containing cleavable linker, cystamine, was used as part of an improved method to isolate the product in a facile manner. Cystamine was attached to NHS-activated agarose with approximately 5% overall functionalization yield of available functional groups. 14C-linoleic acid was successfully covalently linked to the cystamine moieties in the presence of EDC and NHS. The FOX assay verified the enzymatic oxygenation of the linoleoyl residues attached to cystamine-derivatized agarose. The isolation of the peroxide product was attempted in a series of extractions in organic solvents. The product was analyzed using GC/MS which did not show a new peak indicative of product. Further work is needed to successfully analyze the stereoand regiochemistry of the oxygenated product. The presence of the peroxides in this study indicated the linoleoyl residues behave as substrates of SBLO-1. It is unknown how bulky substrates bind to the active site; however, it is difficult to rationalize a carboxylate group-first binding mode. Discovery of the 13(S)-hydroperoxide product on the linoleoyl-agarose would support the claim of a potential methyl-end first binding mechanism.

Study Of The Binding Of Substrate By The Phe557Val Mutant Soybean Lipoxygenase-1

Lipoxygenases are a class of enzymes which consist of non-heme iron dioxygenases that are produced by fungi, plants, and mammals and catalyze the oxygenation of polyunsaturated fatty acid substrates to unsaturated fatty acid hydroperoxide products. The unsaturated fatty acid hydroperoxide products are stereo- and regiospecific. One such lipoxygenase, soybean lipoxygenase-1 (SBLO-1), catalyzes the conversion of linoleate to 13-hydroperoxy-9(Z),11(E)-octadecadienoate (13-HPOD) and a small amount of 9-hydroperoxy-10(E),12(Z)-octadecadienoate (9-HPOD). Although the structure of SBLO-1 is known and it is the most widely studied lipoxygenase, how it binds to substrate is still poorly understood. Two competing binding hypotheses that have been used to understand and explain the binding are the head first binding model and the tail first binding model. The head first binding model predicts linoleate binds with its polar carboxylate group in the binding pocket and the methyl terminus at the surface of the binding pocket. The tail first binding model predicts that linoleate binds with its methyl terminus end in the binding pocket and the polar carboxylate group at the surface of the binding pocket. Both binding models have been used in the explanation of previous work. In previous work the replacement of phenylalanine with valine has been performed to produce the phe557val mutant SBLO-1. The mutant SBLO-1 was then used in the enzymatic oxygenation of linoleate. With this mutant, the amount of 9-HPOD that is formed increases. This result has been interpreted using the head-first binding model in which the smaller valine residue allows linoleate to bind with the polar carboxylate group of linoleate interacting with arginine-707. The work presented in this thesis confirms the regiochemical results of the previous work and further tests the head-first binding model. If head-first binding occurs, the 9-HPOD is expected to have primarily S configuration. Utilizing chiral-phase HPLC, it was found that the 9-HPOD produced by the phe557val mutant SBLO-1 is primarily S, consistent with head-first binding. The head-first binding model was also tested using linoleyl dimethylamine (LDMA), which has been shown to be a good substrate for SBLO-1 at pH 7.0, where LDMA is thought to be positively charged. This model predicts that less of the 9-peroxide should be produced with this substrate. Through the use of gas chromatography/mass spectrometry, it was found that the conversion of LDMA by the phe557val mutant SBLO-1 resulted in the formation of a 46:54 mixture of the 13-peroxide:9-peroxide. The higher amount of 9-peroxide is the opposite of what is expected for the currently proposed model suggesting that the proposed model may not be entirely correct. The results thus far have been consistent with reverse binding but not with the proposed interaction of the polar end of the substrate with arginine-707.

Very short telomere length by flow fluorescence in situ hybridization identifies patients with dyskeratosis congenita

Dyskeratosis congenita (DC) is an inherited bone marrow failure syndrome in which the known susceptibility genes (DKC1, TERC, and TERT) belong to the telomere maintenance pathway; patients with DC have very short telomeres. We used multicolor flow fluorescence in situ hybridization analysis of median telomere length in total blood leukocytes, granulocytes, lymphocytes, and several lymphocyte subsets to confirm the diagnosis of DC, distinguish patients with DC from unaffected family members, identify clinically silent DC carriers, and discriminate between patients with DC and those with other bone marrow failure disorders. We defined "very short" telomeres as below the first percentile measured among 400 healthy control subjects over the entire age range. Diagnostic sensitivity and specificity of very short telomeres for DC were more than 90% for total lymphocytes, CD45RA+/CD20- naive T cells, and CD20+ B cells. Granulocyte and total leukocyte assays were not specific; CD45RA- memory T cells and CD57+ NK/NKT were not sensitive. We observed very short telomeres in a clinically normal family member who subsequently developed DC. We propose adding leukocyte subset flow fluorescence in situ hybridization telomere length measurement to the evaluation of patients and families suspected to have DC, because the correct diagnosis will substantially affect patient management.

gamma-tocopherol traps mutagenic electrophiles such as NO(X) and complements alpha-tocopherol: physiological implications

Peroxynitrite, a powerful mutagenic oxidant and nitrating species, is formed by the near diffusion-limited reaction of .NO and O2.- during activation of phagocytes. Chronic inflammation induced by phagocytes is a major contributor to cancer and other degenerative diseases. We examined how gamma-tocopherol (gammaT), the principal form of vitamin E in the United States diet, and alpha-tocopherol (alphaT), the major form in supplements, protect against peroxynitrite-induced lipid oxidation. Lipid hydroperoxide formation in liposomes (but not isolated low-density lipoprotein) exposed to peroxynitrite or the .NO and O2.- generator SIN-1 (3-morpholinosydnonimine) was inhibited more effectively by gammaT than alphaT. More importantly, nitration of gammaT at the nucleophilic 5-position, which proceeded in both liposomes and human low density lipoprotein at yields of approximately 50% and approximately 75%, respectively, was not affected by the presence of alphaT. These results suggest that despite alphaT's action as an antioxidant gammaT is required to effectively remove the peroxynitrite-derived nitrating species. We postulate that gammaT acts in vivo as a trap for membrane-soluble electrophilic nitrogen oxides and other electrophilic mutagens, forming stable carbon-centered adducts through the nucleophilic 5-position, which is blocked in alphaT. Because large doses of dietary alphaT displace gammaT in plasma and other tissues, the current wisdom of vitamin E supplementation with primarily alphaT should be reconsidered.

Multiple pathways of neuroprotection against oxidative stress and excitotoxic injury in immature primary hippocampal neurons

In the immature brain hydrogen peroxide accumulates after excitotoxic hypoxia-ischemia and is neurotoxic. Immature hippocampal neurons were exposed to N-methyl-D-aspartate (NMDA), a glutamate agonist, and hydrogen peroxide (H(2)O(2)) and the effects of free radical scavenging and transition metal chelation on neurotoxicity were studied. alpha-Phenyl-N-tert.-butylnitrone (PBN), a known superoxide scavenger, attenuated both H(2)O(2) and NMDA mediated toxicity. Treatment with desferrioxamine (DFX), an iron chelator, at the time of exposure to H(2)O(2) was ineffective, but pretreatment was protective. DFX also protected against NMDA toxicity. TPEN, a metal chelator with higher affinities for a broad spectrum of transition metal ions, also protected against H(2)O(2) toxicity but was ineffective against NMDA induced toxicity. These data suggest that during exposure to free radical and glutamate agonists, the presence of iron and other free metal ions contribute to neuronal cell death. In the immature nervous system this neuronal injury can be attenuated by free radical scavengers and metal chelators.

TINF2, a component of the shelterin telomere protection complex, is mutated in dyskeratosis congenita

Patients with dyskeratosis congenita (DC), a heterogeneous inherited bone marrow failure syndrome, have abnormalities in telomere biology, including very short telomeres and germline mutations in DKC1, TERC, TERT, or NOP10, but approximately 60% of DC patients lack an identifiable mutation. With the very short telomere phenotype and a highly penetrant, rare disease model, a linkage scan was performed on a family with autosomal-dominant DC and no mutations in DKCI, TERC, or TERT. Evidence favoring linkage was found at 2p24 and 14q11.2, and this led to the identification of TINF2 (14q11.2) mutations, K280E, in the proband and her five affected relatives and TINF2 R282H in three additional unrelated DC probands, including one with Revesz syndrome; a fifth DC proband had a R282S mutation. TINF2 mutations were not present in unaffected relatives, DC probands with mutations in DKC1, TERC, or TERT or 298 control subjects. We demonstrate that a fifth gene, TINF2, is mutated in classical DC and, for the first time, in Revesz syndrome. This represents the first shelterin complex mutation linked to human disease and confirms the role of very short telomeres as a diagnostic test for DC.