Superoxide does react with peroxides : direct observation of the haber-weiss reaction in the gas phase

The fact that nature provides specific enzymes to selectively remove superoxide (O2.−) from aerobic organisms, namely, the superoxide dismutase enzymes,1 has led to the suggestion that this radical ion may cause the oxidative damage associated with degradative disease and aging.2 Intriguingly, however, superoxide itself is relatively unreactive toward most cellular components, which suggests that dismutase enzymes may ultimately protect the cell against more pernicious oxidants formed from superoxide. As such, there is increasing interest in the endogenous chemistry of superoxide and the pathways by which it might beget more reactive oxygen species. Protonation of superoxide to form the hydroperoxyl radical (HOO.) and dismutation of the same species to hydrogen peroxide (HOOH), with subsequent metal-catalyzed reduction to the hydroxyl radical (HO.), are well-characterized processes in which both the HOO. and HO. radicals are significantly more reactive than their common progenitor.2 Recent examples, however, have also linked superoxide to the putative production of singlet oxygen3 and ozone,4, 5 although the definitive characterization of these chemistries in the cellular milieu has proved challenging

Formation and Degradation of Polymeric Peroxides

An attempt has been made to bring the literature on polymeric peroxides together from all angles in order to present a comprehensive picture about them. Both polyperoxides, where the peroxide group has been attached to the main chain, and polymeric hydroperoxides, where the peroxide group is present as a side chain, have been considered. Various aspects such as formation, thermal decomposition characteristics, photodecomposition, and analysis of peroxides have been discussed.

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*

Peroxides in ordered nanoporous silicas: clean alternatives to transition metal oxidants for the removal of toxic gases

Ordered nano-structured MCM-48 silica containing sodium peroxydisulfate is a novel, highly effective material for the decomposition of HCN under ambient conditions.

Revision of Singlet Quantum Yields in the Catalyzed Decomposition of Cyclic Peroxides

The chemiluminescence of cyclic peroxides activated by oxidizable fluorescent dyes is an example of chemically initiated electron exchange luminescence (CIEEL), which has been used also to explain the efficient bioluminescence of fireflies. Diphenoyl peroxide and dimethyl-1,2-dioxetanone were used as model compounds for the development of this CIEEL mechanism. However, the chemiexcitation efficiency of diphenoyl peroxide was found to be much lower than originally described. In this work, we redetermine the chemiexcitation quantum efficiency of dimethyl-1,2-dioxetanone, a more adequate model for firefly bioluminescence, and found a singlet quantum yield (Phi(s)) of 0.1%, a value at least 2 orders of magnitude lower than previously reported. Furthermore, we synthesized two other 1,2-dioxetanone derivatives and confirm the low chemiexcitation efficiency (Phi(s) < 0.1%) of the intermolecular CIEEL-activated decomposition of this class of cyclic. peroxides. These results are compared with other chemiluminescent reactions, supporting the general trend that intermolecular CIEEL systems are much less efficient in generating singlet excited states than analogous intramolecular processes (Phi(s) approximate to 50%), with the notable exception of the peroxyoxalate reaction (Phi(s) approximate to 60%).

Synthesis of Unstable Cyclic Peroxides for Chemiluminescence Studies

Cyclic four-membered ring peroxides are important high-energy intermediates in a variety of chemi and bioluminescence transformations. Specifically, alpha-peroxylactones (1,2-dioxetanones) have been considered as model systems for efficient firefly bioluminescence. However, the preparation of such highly unstable compounds is extremely difficult and, therefore, only few research groups have been able to study the properties of these substances. In this study, the synthesis, purification and characterization of three 1,2-dioxetanones are reported and a detailed procedure for the known synthesis of diphenoyl peroxide, another important model compound for the chemical generation of electronically excited states, is provided. For most of these peroxides, the complete spectroscopic characterization is reported here for the first time.

Synthesis of unstable cyclic peroxides for chemiluminescence studies

Cyclic four-membered ring peroxides are important high-energy intermediates in a variety of chemi and bioluminescence transformations. Specifically, α-peroxylactones (1,2-dioxetanones) have been considered as model systems for efficient firefly bioluminescence. However, the preparation of such highly unstable compounds is extremely difficult and, therefore, only few research groups have been able to study the properties of these substances. In this study, the synthesis, purification and characterization of three 1,2-dioxetanones are reported and a detailed procedure for the known synthesis of diphenoyl peroxide, another important model compound for the chemical generation of electronically excited states, is provided. For most of these peroxides, the complete spectroscopic characterization is reported here for the first time.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

Biochemical mechanisms involved in pulmonary hypo-alveolarization induced by peroxides contaminating parenteral nutrition in newborn guinea pig

La dysplasie broncho-pulmonaire (DBP), caractérisée par un défaut de l’alvéolarisation, est une complication pathologique associée à un stress oxydant chez le nouveau-né prématuré. La DBP est présente chez près de 50 % des nouveau-nés de moins de 29 semaines de gestation. La nutrition parentérale (NP) que ces nouveau-nés reçoivent pour cause d’immaturité gastro-intestinale est une source importante de stress oxydant. En effet, leur NP est contaminée par des peroxydes, dont l’ascorbylperoxyde qui est une forme peroxydée du déshydroascorbate. La génération des peroxydes est catalysée par la lumière ambiante. La photoprotection de la NP, quoique difficile d’application en clinique, est associée à une diminution de l’incidence de la DBP chez les enfants prématurés. Chez l’animal nouveau-né, la photoprotection de la NP est associée à un meilleur développement alvéolaire. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que l’ascorbylperoxide infusé avec la NP cause la perte d’alvéoles suite à une apoptose exagérée induite par l’oxydation du potentiel redox du glutathion. Cette oxydation du potentiel redox serait occasionnée par l’inhibition de la transformation hépatique de la méthionine en cystéine, menant à une diminution de la synthèse de glutathion au foie et dans les tissus tels que les poumons. La confirmation de cette hypothèse suggérera qu’un ajout de glutathion dans la NP permettra une meilleure détoxification de l’ascorbylperoxide par l’action de la glutathion peroxydase, et préviendra l’oxydation du potentiel redox et ainsi, la perte d'alvéoles par apoptose. Objectifs : Le but de mon projet de recherche est de comprendre les mécanismes biochimiques liant la NP et le développement de la DBP chez le nouveau-né prématuré et de proposer une alternative nutritionnelle prévenant le développement de cette complication fréquemment observée dans cette population. Les objectifs spécifiques sont : 1) d’évaluer l’impact, au poumon, de l’infusion de l’ascorbylperoxyde sur l’axe métabolique potentiel redox du glutathion - apoptose - le développement alvéolaire; 2) d’étudier l’impact de l’ascorbylperoxyde et du potentiel redox sur l’activité hépatique de la méthionine adénosyltransférase (MAT), première enzyme de la cascade métabolique transformant la méthionine en cystéine; et 3) de tenter de prévenir l’impact négatif de la NP ou de l’infusion d’ascorbylperoxyde sur le poumon en améliorant le statut en glutathion. Méthodes: Par un cathéter fixé dans la jugulaire, des cochons d’Inde de trois jours de vie (n = 8 par groupe) ont reçu en continu durant 4 jours une NP ou une solution de base (dextrose + NaCl) enrichie des différentes molécules à l’essai. Le premier objectif a été atteint en enrichissant la solution de base en ascorbylperoxyde à 0, 20, 60 et 180 μM. Ces solutions contenaient ou non 350 μM H2O2 pour se rapprocher des conditions cliniques. Le second objectif a été atteint en investiguant les mécanismes d’inhibition de la MAT dans des animaux infusés ou non avec des solutions contenant la solution de base, des peroxydes, du glutathion et la NP (dextrose + acides aminés + multivitamines + lipides). Le troisième objectif a été atteint en ajoutant ou non à une solution d’ascorbylperoxide ou à la NP 10 μM de glutathion (GSSG), afin d’obtenir une concentration plasmatique normale de glutathion. Après 4 jours, les poumons étaient prélevés et traités pour la détermination de GSH et GSSG par électrophorèse capillaire, le potentiel redox était calculé selon l'équation de Nernst et le niveau de caspase-3 actif (marqueur d’apoptose) par Western blot et l’index d’alvéolarisation quantifié par le nombre d’interceptes entre des structures histologiques et une droite calibrée. Les données étaient comparées par ANOVA, les effets étaient considérés comme significatifs si le p était inférieur à 0,05. Résultats: L’infusion de l’ascorbylperoxyde, indépendamment du H2O2, a induit une hypoalvéolarisation, une activation de la caspase-3 et une oxydation du potentiel redox de manière dose-dépendante. Ces effets ont été empêchés par l’ajout de GSSG à la NP ou à la solution d’ascorbylperoxyde (180 M). L’ascorbylperoxyde et le H2O2 ont inhibé l’activité de MAT tandis qu’elle était linéairement modulée par la valeur du potentiel redox hépatique. Conclusion : Nos résultats suggèrent que l’ascorbylperoxyde est l’agent actif de la NP conduisant au développement de la DBP. Ainsi la correction des bas niveaux de glutathion induits par les peroxydes de la NP favorise la détoxification des peroxydes et la correction du potentiel redox pulmonaire ; ce qui a protégé les poumons des effets délétères de la NP en outrepassant l’inhibition de la MAT hépatique. Nos résultats sont d'une grande importance car ils donnent de l'espoir pour une prévention possible de la DBP.

C-reactive protein mediates CD11b expression in monocytes through the non-receptor tyrosine kinase, Syk, and calcium mobilization but not through cytosolic peroxides

Objective: C-Reactive protein (CRP) can modulate integrin surface expression on monocytes following Fcγ receptor engagement. We have investigated the signal transduction events causing this phenotypic alteration. Methods: CRP-induced signalling events were examined in THP-1 and primary monocytes, measuring Syk phosphorylation by Western blotting, intracellular Ca2+ ([Ca2+]i) by Indo-1 fluorescence and surface expression of CD11b by flow cytometry. Cytosolic peroxides were determined by DCF fluorescence. Results: CRP induced phosphorylation of Syk and an increase in [Ca2+]i both of which were inhibitable by the Syk specific antagonist, piceatannol. Piceatannol also inhibited the CRP-induced increase in surface CD11b. In addition, pre-treatment of primary monoytes with the Ca2+ mobiliser, thapsigargin, increased CD11b expression; this effect was accentuated in the presence of CRP but was abolished in the presence of the [Ca2+]i chelator, BAPTA. CRP also increased cytosolic peroxide levels; this effect was attenuated by antioxidants (ascorbate, α-tocopherol), expression of surface CD11b not being inhibited by antioxidants alone. Conclusion: CRP induces CD11b expression in monocytes through a peroxide independent pathway involving both Syk phosphorylation and [Ca2+]i release. © Birkhäuser Verlag, 2005.

Cystine-mediated oxidative defence in Lactobacillus reuteri BR11

Lactobacillus reuteri BR11 possesses an abundant cystine uptake (Cyu) ABC-transporter that was previously found to be involved in a novel mechanism of oxidative defence mediated by cystine. The current study aimed to elucidate this mechanism with a focus on the role of the co-transcribed cystathionine ã-lyase (Cgl). Growth studies of wild-type L. reuteri BR11 and mutants inactivated in cgl and the cystine-binding protein encoding gene cyuC showed that in contrast to the Cyu transporter, whose inactivation led to growth arrest in aerated cultures, Cgl is not crucial for oxidative defence. However, the role of Cgl in oxidative defence became apparent in the presence of severe oxidative damage and cysteine deprivation. Cysteine was found to be protective against oxidative stress, and the action of Cgl in both cysteine biosynthesis and degradation poses a seemingly futile pathway that deprives the intracellular cysteine pool. To further characterise the relationship between Cgl activity and cysteine and their roles in oxidative defence, enzymatic assays were performed on purified Cgl, and intracellular concentrations of cysteine, cystathionine and methionine were determined. Cgl was highly active towards cystine and cystathionine and less active towards cysteine in vitro, suggesting the main function of Cgl to be cysteine biosynthesis. Cysteine was found at high concentrations in the cell, but the levels were not significantly affected by inactivation of cgl or growth under aerobic conditions. It was concluded that both anabolic and catabolic activities of Cgl towards cysteine contribute to oxidative defence, the former by maintaining an intracellular reservoir of thiol analogous to glutathione, and the latter by producing H2S which is readily secreted, thus creating a reducing extracellular environment. The significance of the Cyu transporter to the physiology of L. reuteri BR11 prompted a phylogenetic study to determine its presence in bacteria. Orthologs of the Cyu transporter that are closest matches to the Cyu transporter are only limited to several species of Lactobacillus and Leuconostoc. Outside the Lactobacillales order, the closest matching orthologs belong to Proteobacteria, and there are more orthologs in Proteobacteria than non-Lactobacillales Firmicutes, suggesting that the Cyu transporter locus was present in the ancestor of the Proteobacteria and Firmicutes, and over evolutionary time has been lost or diverged in many Firmicutes. The clustering of the Cyu transporter locus with a gene encoding a Cgl family protein is even rarer. It was only found in L. reuteri, Lactobacillus vaginalis, Weissella paramesenteroides, the Lactobacillus casei group, and several Campylobacter sp. An accompanying phylogenetic study of L. reuteri BR11 using multi-locus sequence analysis showed that L. reuteri BR11 had diverged from more than 100 strains of L. reuteri isolated from various hosts and geographical locations. However, comparison with other Lactobacillus species supported the current classification of BR11 as L. reuteri. The most closely related species to L. reuteri is L. vaginalis or Lactobacillus antri, depending on the housekeeping gene used for analysis. The close evolutionary relationship of L. vaginalis to L. reuteri and the high degree of sequence identity between the cgl-cyuABC loci in both species suggest that the Cyu system is highly likely to perform similar functions in L. vaginalis. In search of other genes that function in oxidative defence, a number of mutants which were inactivated in genes that confer increased resistance to oxidative stress in other bacteria were constructed. The genes targeted were ahpC (peroxidase component of the alkyl hydroperoxide reductase system), tpx (thiol peroxidase), osmC (osmotically induced protein C), mntH (Mn2+/Fe2+ transporter), gshA (ã-glutamylcysteine synthetase) and msrA (methionine sulfoxide reductase). The ahpC and mntH mutants had slightly lower minimum inhibitory concentrations of organic peroxides, suggesting these genes might be involved in resistance to organic peroxides in L. reuteri. However, none of the mutants exhibited growth defects in aerated cultures, in stark contrast to the cyuC mutant. This may be due to compensatory functions of other genes, a hypothesis which cannot be tested until a robust protocol for constructing markerless multiple gene deletion mutants in L. reuteri is developed. These results highlight the importance of the Cyu transporter in oxidative defence and provide a foundation for extending the research of this system in other bacteria.

Direct Detection of a Persistent Carbonyloxyl Radical in the Gas Phase

Long lived: Carbonyloxyl radicals (RCO2 .) are reactive intermediates that play key roles in initiating polymerization reactions. This reactivity also makes their direct observation difficult. For the first time a persistent organic RCO2 . radical is detected in the gas phase, its extraordinary longevity is attributed to the high barrier towards fragmentation owing to the endothermicity of the decarboxylation products. Grant Numbers ARC/DP0986738, ARC/DP120102922, ARC/DE120100467