HslUV is a bacterial heat shock protein complex consisting of the AAA+ ATPase component HslU and the protease component HslV. HslV is a threonine (Thr) protease employing the N-terminal Thr residue in the mature protein as the catalytic residue. To date, HslUV from Gram-negative bacteria has been extensively studied. However, the mechanisms of action and activation of HslUV from Gram-positive bacteria, which have an additional N-terminal sequence before the catalytic Thr residue, remain to be revealed. In this study, we determined the crystal structures of HslV from the Gram-positive bacterium Staphylococcus aureus with and without HslU in the crystallization conditions. The structural comparison suggested that a structural transition to the symmetric form of HslV was triggered by ATP-bound HslU. More importantly, the additional N-terminal sequence was cleaved in the presence of HslU and ATP, exposing the Thr9 residue at the N-terminus and activating the ATP-dependent protease activity. Further biochemical studies demonstrated that the exposed N-terminal Thr residue is critical for catalysis with binding to the symmetric HslU hexamer. Since eukaryotic proteasomes have a similar additional N-terminal sequence, our results will improve our understanding of the common molecular mechanisms for the activation of proteasomes.
$CO_2$ adsorption on mineral sorbents has a potential to sequester $CO_2$. This study used a density functional theory (DFT) study of $CO_2$ adsorption on barium oxide (BaO) in the presence of $H_2O$ to determine the role of $H_2O$ on the $CO_2$ adsorption properties on the ($2{\times}2$; $11.05\;{\AA}{\times}11.05\;{\AA}$) BaO (100) surface because BaO shows a high reactivity for $CO_2$ adsorption and the gas mixture of power plants generally contains $CO_2$ and $H_2O$. We investigated the adsorption properties (e.g., adsorption energies and geometries) of a single $CO_2$ molecule, a single $H_2O$ molecule on the surface to achieve molecular structures and molecular reaction mechanisms. In order to evaluate the coordinative effect of $H_2O$ molecules, this study also carried out the adsorption of a pair of $H_2O$ molecules, which was strongly bounded to neighboring (-1.91 eV) oxygen sites and distant sites (-1.86 eV), and two molecules ($CO_2$ and $H_2O$), which were also firmly bounded to neighboring sites (-2.32 eV) and distant sites (-2.23 eV). The quantum mechanical calculations show that $H_2O$ molecule does not influence on the chemisorption of $CO_2$ on the BaO surface, producing a stable carbonate due to the strong interaction between the $CO_2$ molecule and the BaO surface, resulting from the high charge transfer (-0.76 e).
Structural properties of a small hexapeptide molecule modeled after metal-binding siderochrome immersed in a room-temperature ionic liquid (RTIL) are studied via molecular dynamics simulations. We consider two different RTILs, each of which is made up of the same cationic species, 1-butyl-3-methylimidazolium ($BMI^+$), but different anions, hexafluorophosphate ($PF_6{^-}$) and chloride ($Cl^-$). We investigate how anionic properties such as hydrophobicity/hydrophilicity or hydrogen bonding capability affect the stabilization of the peptide in RTILs. To examine the effect of peptide-RTIL electrostatic interactions on solvation, we also consider a hypothetical solvent $BMI^0Cl^0$, a non-ionic counter-part of $BMI^+Cl^-$. For reference, we investigate solvation structures in common polar solvents, water and dimethylsulfoxide (DMSO). Comparison of $BMI^+Cl^-$ and $BMI^0Cl^0$ shows that electrostatic interactions of the peptide and RTIL play a significant role in the conformational fluctuation of the peptide. For example, strong electrostatic interactions between the two favor an extended conformation of the peptide by reducing its structural fluctuations. The hydrophobicity/hydrophilicity of RTIL anions also exerts a notable influence; specifically, structural fluctuations of the peptide become reduced in more hydrophilic $BMI^+Cl^-$, compared with those in more hydrophobic $BMI^+PF_6{^-}$. This is ascribed to the good hydrogen-bond accepting power of chloride anions, which enables them to bind strongly to hydroxyl groups of the peptide and to stabilize its structure. Transport properties of the peptide are examined briefly. Translations of the peptide significantly slow down in highly viscous RTILs.
Kim, Il-Chul;Chi, Seung-Wook;Kim, Dae-Won;Choi, Sang-Haeng;Chae, Sung-Hwa;Park, Hong-Seog
Genomics & Informatics
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v.3
no.4
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pp.142-148
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2005
The immune response-related genes have been suggested to be the most favorable genes for positive selection during evolution. Comparing the entire DNA sequence of chimpanzee chromosome 22 (PTR22) with human chromosome 21 (HSA21), we have identified 15 orthologs having indel in their coding sequences. Among them, interferon-${\alpha}$ receptor-1 gene (IFNAR1), an immuneresponse-related gene, is subjected to comparative genomic analysis. Chimpanzee IFNAR1 showed the same genomic structure as human IFNAR1 (11 exons and 10 introns) except the 3 bp insertion in exon 4. The sequence alignment of IFNAR1 coding sequence indicated that 'ISPP' amino acid sequence motif is highly conserved in chimpanzee and other animals including mouse and chicken. However, the human IFNAR1 shows that one proline residue is missing in the sequence motif. The homology modeling of the IFNAR1 structures suggests that the proline deletion in human IFNAR1 leads to the formation of the following ${\alpha}$-helix, whereas two sequential prolines in chimpanzee IFNAR1 inhibit it. As a result, human IFNAR1 may adopt a characteristic structure distinct from chimpanzee IFNAR1. This human specific trait could contribute to specific immune response in the most optimized manner for humans. Further molecular biological studies on the IFNAR1 will help us to gain insights into the molecular implication of species-specific host-pathogen interaction in primate evolution.
For the study of hydrogen bonding phenomenon of high energetic compounds, we have been carried out a theoretical calculations for the nitromethane with the program Gaussian-98. The calculations at levels of restricted BLYP/6-311++G(d,p), B3LYP/6-311++G(d,p) and MP2/6-311++G have been performed to obtain molecular structures, hydrogen bonding effects and vibrational spectra of nitromethane monomer and dimer. The results show nitromethane is favored to make two hydrogen bonds between molecules and the nitromethane dimer is more stable than the monomer about 15.2, 19.4 and 32.6 kJ/mol for the BLYP, B3LYP, and MP2 level calculations, respectively.
Biosimilars are important drugs in medicine and contain many glycosylated proteins. Thorough analysis of the glycosylated protein is a prerequisite for evaluation of biosimilar glycan drugs. A method to assess the diversity of N-glycosylation sites and N-glycans from biosimilar glycan drugs has been developed using two separate methods, LC-MS/MS and MALDI-TOF MS, respectively. Development of sensitive, accurate, and efficient methods for evaluation of glycoproteins is still needed. In this study, analysis of both N-glycosylation sites and N-glycans of glycoprotein was performed using the same LC-MS/MS with two different nano-LC columns, nano-C18 and nano-porous graphitized carbon (nano-PGC) columns. N-glycosylated proteins, including RNAse B (one N-glycosylation site), Fetuin (three sites), and ${\alpha}$-1 acid glycoprotein (four sites), were used, and small amounts of each protein were used for identification of N-glycosylation sites. In addition, high mannose N-glycans (one type of typical glycan structure), Mannose 5 and 9, eluted from RNAse B, were successfully identified using nano-PGC-LC MS/MS analysis, and the abundance of each glycan from the glycoprotein was calculated. This study demonstrated an accurate and efficient method for determination of N-glycosylation sites and N-glycans of glycoproteins based on high sensitive LC-MS/MS using two different nano-columns; this method could be applied for evaluation of the quality of various biosimilar drugs containing N-glycosylation groups.
The commercially available Amberlite XAD-2 and XAD-4 resins were modified with macrocyclic protoporphyrin IX (PPIX) or tetrakis(p-carboxyphenyl) porphyrin (TCPP) to enhance the adsorption capacity for phenol and chlorophenols. The chemically modified polymeric adsorbents (XAD-2+PPIX, XAD-2+TCPP, XAD-4+PPIX, and XAD-4+TCPP) were applied to the solid phase extraction as an adsorbent material for the preconcentration of phenol and chlorophenols in environmental waters. Generally, the synthesized adsorbents showed higher recoveries than underivatized adsorbents, XAD-2 and XAD-4, without matrix interferences. Especially, XAD-4+PPIX showed more than 90% recoveries for all compounds used in this study including hydrophilic phenol. The major factor for the increase of the adsorption capacity was the increase of $\pi$-$\pi$ interaction between adsorbents and samples due to the introduction of the porphyrin molecule. However, the breakthrough volumes and recovery values of the XADs+TCPP columns were slightly decreased for the bulky chlorophenols such as TCP and PCP. Using molecular mechanics methods, the structures of TCPP and PPIX were compared with that of porphine, the parent molecule of porphyrin. Four bulky p-carboxyphenyl groups of TCPP were torsional each other, thus the molecular plane of TCPP were not on the same level. In conclusion, the decrease of breakthrough volumes and recovery values of XADs+TCPP columns for bulky phenols can be explained by the steric hindrance of the $\pi$-$\pi$ interaction between porphyrin plane and the phenols.
COPI vesicles are essential to the retrograde transport of proteins in the early secretory pathway. The COPI coatomer complex consists of seven subunits, termed ${\alpha}-$, ${\beta}-$, ${\beta}^{\prime}-$, ${\gamma}-$, ${\delta}-$, ${\varepsilon}-$, and ${\zeta}$-COP, in yeast and mammals. Plant genomes have homologs of these subunits, but the essentiality of their cellular functions has hampered the functional characterization of the subunit genes in plants. Here we have employed virus-induced gene silencing (VIGS) and dexamethasone (DEX)-inducible RNAi of the COPI subunit genes to study the in vivo functions of the COPI coatomer complex in plants. The ${\beta}^{\prime}-$, ${\gamma}-$, and ${\delta}$-COP subunits localized to the Golgi as GFP-fusion proteins and interacted with each other in the Golgi. Silencing of ${\beta}^{\prime}-$, ${\gamma}-$, and ${\delta}$-COP by VIGS resulted in growth arrest and acute plant death in Nicotiana benthamiana, with the affected leaf cells exhibiting morphological markers of programmed cell death. Depletion of the COPI subunits resulted in disruption of the Golgi structure and accumulation of autolysosome-like structures in earlier stages of gene silencing. In tobacco BY-2 cells, DEX-inducible RNAi of ${\beta}^{\prime}$-COP caused aberrant cell plate formation during cytokinesis. Collectively, these results suggest that COPI vesicles are essential to plant growth and survival by maintaining the Golgi apparatus and modulating cell plate formation.
The diversity of Paenibacillus species was assessed in the rhizospheres of four cultivars of sorghum sown in Cerrado soil amended with two levels of nitrogen fertilizer(12 and 120 kg/ha). Two cultivars(IS 5322-C and IS 6320) demanded the higher amount of nitrogen to grow, whereas the other two(FBS 8701-9 and IPA 1011) did not. Using the DNA extracted from the rhizospheres, a Paenibacillus-specific PCR system based on the RNA polymerase gene(rpoB) was chosen for the molecular analyses. The resulting PCR products were separated into community fingerprints by DGGE and the results showed a clear distinction between cultivars. In addition, clone libraries were generated from the rpoB fragments of two cultivars(IPA 1011 and IS 5322-C) using both fertilization conditions, and 318 selected clones were sequenced. Analyzed sequences were grouped into 14 Paenibacillus species. A greater diversity of Paenibacillus species was observed in cultivar IPA 1011 compared with cultivar IS 5322-C. Moreover, statistical analyses of the sequences showed that the bacterial diversity was more influenced by cultivar type than nitrogen fertilization, corroborating the DGGE results. Thus, the sorghum cultivar type was the overriding determinative factor that influenced the community structures of the Paenibacillus communities in the habitats investigated.
Fluorescence properties and carbohydrate content were investigated using ultrafiltrated size fractions of dissolved organic matters (DOM) originated from different sources. The materials included a treated sewage, an algal organic matter, and a soil leachate, all of which are major constituents of dissolved organic matter in a typical urban river. Four different size fractions were separated from the three sources of each DOM. The size distribution demonstrated that a higher molecular weight fraction was more present in soil leachate compared to two other source DOMs. A higher content of carbohydrates was observed in the following order - algal DOM > treated sewage > soil leachate. A wide range of specific UV absorbance was observed from size fractions of a single source DOM, indicating that aromatic carbon structures are heterogeneously distributed within one source of DOM. The structural heterogeneity was the most pronounced for the soil leachate. The fluorescence index ($F_{450}/F_{500}$) of the treated sewage was similar to that (2.0) typically obtained from autochthonous DOM, suggesting that the treated sewage exhibited autochthonous organic matter-like properties. No protein-like fluorescence intensities were observed for all of the soil leachate size fractions whereas they were observed with two other source DOMs. Based upon the fluorescence peak ratios from fluorescence excitation-emission matrix (EEM), two discrimination indices could be suggested to distinguish three different source DOMs. It is expected that the suggested discrimination indices will be useful to predict the sources of DOM in a typical urban river affected by treated sewage.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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